giáo trình động cơ điện 1 chiều

Lời nói đầu Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của điện tử công suất vào công nghiệp nói chung và công nghiệp điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất lớn đã đợc chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loạI thiết bị này hết sức cần thiết đối với lạI kỹ s ngành điện Cùng với sự phát triển của ngành điện tử công suất thì việc ứng dụng động cơ điện một chiều vào công nghiệp là hết sức quan trọng. Việc sử dụng động cơ điện một chiều với nhiều mục đích nh để bảo đảm yêu cầu công nghệ của phụ tải Để hiểu rõ đợc vai trò của điện tử công suất và động cơ điện một chiều thì trong bản đồ án môn học này đợc sự hớng dẫn của thầy Đỗ Trọng Tín với nội dung : Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ một chiều kích từ độc lập đảm bảo yêu cầu tốc độ trơn, ổn định, chống quá tải và chống mất kích từ Bản đồ án của em gồm Trong bản đồ án này mặc dù em đã cố gắng song với sự hiều biết và những kiến thức đã học còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót.Em kính mong nhận đợc sự góp ý và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo và của các bạn để bản đồ án của em đợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên Đào xuân Hùng . Ch ơng I: Giới thiệu về động cơ một chiều I- Cấu tạo của động cơ một chiều - những phần chính của máy điện một chiều gồm stato với cực từ , roto với dây quấn và cổ góp với chổi điện a- stato: còn gọi là phần cảm gồm một lõi thép bằng thép đúc vừa là mạch từ vừa là vỏ máy 1 + cực từ chính : có dây quấn kích từ lồng vào lõi sắt cực từ , lõi thép cực từ làm bằng thép kỹ thuật điện mỏng, các cuộn kích từ đợc quấn bằng dây đồng bọc cách điện và đợc nối nối tiếp với nhau + cực từ phụ : đợc đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều , lõi thép của cực từ phụ thờng làm bằng thép khối, trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống nh dây quấn cực từ chính b- roto: còn gọi là phần ứng gồm lõi thép và dây quấn phần ứng - lõi thép hình trụ làm bằng các lá thép kỹ thuật dày 0,5 mm, phủ sơn cách điện ghép lại và đợc dập lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn phần ứng - cổ góp gồm các phiến góp làm bằng đồng đợc cách điện có dạng hình trụ gắn ở đầu trục roto - chổi điện làm bằng than graphit, các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo và giá chổi điện gắn lên nắp máy II- Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều - Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi than A,B trong dây quấn phần ứng sinh ra dòng điện I . Các thanh dẫn ab , cd có dòng điện nằm trong từ trờng sẽ chịu lực F đt tác dụng làm cho roto quay , khi phần ứng quay nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ cho nhau do đó các phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi , khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trờng sẽ cảm ứng sức điện động E chiều quay xác định theo qui tắc bàn tay trái Phơng trình điện áp : U = E + R .I III- Phân loại về động cơ một chiều - Động cơ một chiều đợc dùng rất phổ biến trong công nghiệp giao thông vận tải và nói chung ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng ( máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy tiện.) - cũng nh máy phát, động cơ điện một chiều đợc phân loại theo kích thích từ thành các động cơ điện kích từ độc lập , kích thích song song, kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp - Giới thiệu về động cơ kích từ độc lập 2 E I R f U I kt R kt U CKT U kt Hình 1: sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ độc lập - Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch điện kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau và lúc này động cơ đợc gọi là động cơ kích từ độc lập b- Phơng trình đặc tính cơ phơng trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập u fu u I K RR K U . + = nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép của mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ ta kí hiệu là M, nghĩa là M đt = M cơ = M thì ta có phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập ( ) M K RR K U fu u . 2 + = - Giả thiết phản ứng phần ứng đợc bù đủ, = const thì các phơng trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ là tuyến tính Trong đó: a Np K = 2 . : tốc độ góc , rad/s : từ thông kích từ dới một cực từ U : điện áp phần ứng R : điện trở phần ứng R f : điện trở phụ trong mạch phần ứng I : dòng điện trong mạch phần ứng Đồ thị mô tả phơng trình đặc tính cơ IV- Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng 3 0 đm M đm M -Để điều chỉnh điện áp phần ứng đông cơ điện một chiều cần có thiết bị nguồn nh máy phát điện một chiều kích từ độc lập , các bộ chỉnh lu điều khiển các thiết bị này có chức năng biến đổi lợng xoay chiều thành một chiều có suất điện động E b điều chỉnh đợc là nhờ tín hiệu U đk -Phơng trình đặc tính cơ của hệ thống nh sau: u dm bud dm b I K RR K E . + = - vì từ thông của động cơ đợc giữ không đổi nên độ cứng của đặc tính cơ cũng không thay đổi còn tốc độ không tải lý tởng tuỳ thuộc vào giá trị điện áp U đk của hệ thống do đó có thể nói phơng pháp điều chỉnh này là triệt để - Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta thấy rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản là đặc tính ứng với điện áp định mức và từ thông cũng giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi động , khi mômen tải là định mức thì giá trị lớn nhất va nhỏ nhất của tốc độ là: dm M = max0max dm M = min0min Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mômen ngắn mạch là: M nmmin = M cmax = K M .M đm Trong đó : K M : hệ số quá tải về mômen, do họ đặc tính cơ là những đờng thẳng song song với nhau nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết: 4 BBĐ LK ( ) ( ) ( ) 1 1 1 1 1 max0 max0 minmin = = == M dm dm M dm M dm dmnm K M M K M D K M MM * Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc tuyến tính vào Ch ơng II: Lựa chọn ph ơng án điều chỉnh I- Lựa chọn phơng án - Để cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế các bộ chỉnh lu với mục đích biến đổi năng lợng điện xoay chiều thành năng lợng điện một chiều. Các loại bộ biến đổi này có thể là chỉnh lu không điều khiển và chỉnh lu có điều khiển 1- Phơng án 1: chỉnh lu điều khiển hình tia 3 pha: 5 min 0min max omax M đm M nmmin đk1 đk2 2 1 3 T T L T R U d I d T 1 T 2 T 3 t 1 t 2 t 3 t 4 - Do suất điện động cảm ứng nên T 1 vẫn dẫn điện cho đến thời điểm t 2 - Khi đa xung vào mở T 2 thì sẽ xuất hiện một điện áp ngợc đặt vào T 1 làm T 1 khoá lại và quá trình khoá T 1 là quá trính khoá c- ỡng bức - Từ thời điểm t 2 ữ t 3 thì T 2 dẫn điện , là khi chúng ta mở T 3 dòng điện đợc san phẳng lúc này điện cảm sẽ thu toàn bộ những thành phần sóng điều hoà bậc cao nên nó sẽ duy trì cho dòng điện là không đổi - Giá trị điện áp ra trên tải: U d = 1,17.U 2 .cos U ngmax = 2,45. U 2 K đm = 0,25 Số lần đập mạch trong một chu kỳ là 3 74,0= ba d S P + u và nhợc điểm của chỉnh lu tia 3 pha *u điểm : so với chỉnh lu một pha thì chỉnh lu tia 3 pha có chất l- ợng điện áp một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc điều khiển các van tơng đối đơn giản *nhợc điểm : sơ đồ chỉnh lu tia 3 pha có chất lợng điện áp ra tải cha thật tốt lắm, khi cần chất lợng điện áp ra tốt hơn thì dùng sơ đồ nhiều pha hơn. 2- phơng án 2 : sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha đối xứng 6 3 T T 1 2 4 T 6 T T 5 T 11 RRLR 7 U f I d U d i T1 i T3 i T5 i T2 i T4 i T6 θ θ θ θ θ θ θ θ α Điện áp trung bình trên tải cos 63 .sin 2 2 6 2 6 5 6 2 UdUU d == + + Điện áp ngợc cực đại đặt lên van U ngmax =2,45U 2 Số lần đập mạch trong 1 chu ky là 6 + u và nhợc điểm của chỉnh lu cầu 3 pha *u điểm : chất lợng điện áp tốt nhất, hệ số đập mạch tháp, thành phần sóng hài nhỏ, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất nhợc điểm : cần phải mở đồng thời hi van theo đúng thứ tự pha nên rất phức tạp, nó gây khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa 3- phơng án 3 : sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha không đối xứng 8 i T1 i T2 i T3 I D1 I D2 I D3 I d U f U d D T 2 D 6 D T 5 11 ~ T R 1 R 4 LR 3 Hoạt động của sơ đồ : +trong khoảng 0ữ 1 : T 5 và D 6 cho dòng tải i d = i d chảy qua D 6 đặt điện thế U 2b lên anôt D 2 + khi > 3 điện thế catôt D 2 là U 2c bắt đầu < U 2b . Điốt D 2 mở dòng tải i d = I d chảy qua D 2 và T 5 , U d = 0 *khi = 2 cho xung điều khiển mở T 1 - trong khoảng 2 ữ 3 : T 1 và D 2 cho dòng i d chảy qua , D 2 đặt điện thế U 2c lên anôt D 4 - khi 3 điện thế catot D 4 là U 2a bắt đầu < U 2c điot D 4 mở dòng tải chảy qua D 4 và T 1 , U d = 0 - góc mở về nguyên tắc có thể biến thiên từ 0 ữ . Điện áp chỉnh lu có thể điều chỉnh từ giá trị lớn nhất đến 0 9 Điện áp trung bình trên tải U d =U dI -U dII Trong đó cos 2 63 .sin 2 2 3 2 6 6 6 2 UdUU dI == cos 2 63 .sin 2 2 3 2 6 11 6 7 2 UdUU dII == Thay vào ta có Điện áp ngợc cực đại đặt lên van U ngmax =2,45U 2 Số lần đập mạch trong 1 chu ky là 6 -Ưu nhợc điểm của sơ đồ +Ưu điểm:sơ đồ có ít kênh điều khiển hơn so với sơ đồ cầu 3 pha nên điều khiển dễ dàng hơn,đầu t ít hơn +nhợc điểm: điện áp ra không đợc tốt nh sơ đồ cầu 3 pha đối xứng,dải điều chỉnh điện áp không lớn lắm Chơng III : Tính chọn mạch lực I-Tính toán máy biến áp Từ các thông số cơ bản : U d = 600 V; I d = 220 A ta chọn MBA 3 pha 3trụ 1- điện áp pha sơ cấp MBA U 1 = 220 (V) Ta có : U do = U d + 2.U dv + U dn + U ba Trong đó : U d = 600 V U d = 1 V : sụt áp trên van U ba = U R + U X : sụt áp trên điện trở và điện kháng MBA chọn U ba = 6%.U d = 0,06.600 = 36 (V) U do = 600 + 2.1 + 0 + 36 = 638 ( V ) 10 )cos1.(. 2 63 2 += UU d [...]... R25 = 15 ,6 (k ) 7)Khối phản hồi và khối tạo điện áp điều khiển D1 R1 D2 R1 a b c R1 FT D3 D4 R2 C1 12 +E R1 + + - R1 +E w22 - w 21 R1 8.Khối nguồn 1 nuôi w R1 12 a' b' c' 0 R1 D 21 D 23 +E +E +E R1 R1 +E + - 7 812 +E +12 D 25 C1 C5 C3 - A Mạch điều khiển đợc cung cấp từ 1 máy biến áp nguồn 3 pha có chung lõi B sắt với biến áp đồng pha Trong đó: + Cuộn dây W1 là cuộn dây sơ cấp nối với nguồn xoay chiều. .. của cuộn sơ cấp W 11 = h 2.hg b1 kc trong đó : hg: là độ dày của tấm fit cách điện giữa gông va dây quấn chọn hg = 1, 2 (cm) kc = 0,95 : hệ số ép chặt h: chiều cao trụ Vậy: W 11 = h 2.hg b1 k c = 28 2 .1, 2 0,95 = 15 (vòng) 1, 65 Tính số lớp ở cuộn dây sơ cấp: n 11 = W1 55 = = 3,7 (lớp) W 11 15 chọn số lớp n 11 = 4 (lớp) Chọn 3 lớp đầu 14 vòng, lớp thứ 4 có số vòng là : 55 3 .14 = 13 ( vòng) 13 + Giữa 2 lớp... +24ưV R 11 D D T D BAX R10 T1 T2 R12 Với T chọn là loại TL 500 -10 với các thông số : Ug=8(V) Ig=400(mA) U1 Biến áp xung chọn là loại có tỷ số biến đổi : U =1 2 Điện áp thứ cấp của máy biến áp xung U2 = Ug + 0,6 = 8,6 (V) Điện áp sơ cấp : U1=mU2 =1. 8,6=8,6(V) I1= Ig 1 =0,04(A) (Dòng I1 chính là dòng đi vào cực C của T3) Điện áp rơi trên điện trở R10: UR=E2-U1 =15 ,4(V) Giá trị điện trở R10 cần chọn : R10=... răng ca : Điện áp tựa đợc hình thành do sự nạp của tụ C 1 , mặt khác để đảm bảo điện áp tựa có trong một nửa chu kỳ điện áp lới là tuyến tính thì : + Thời gian tụ nạp T1 = 1 10 T = 40 = 2,22(ms) 18 0 18 0 +Thời gian tụ phóng; T2 = T - T1 = 40 - 2,22 = 37,78 (ms) Coi dòng qua tụ C1 không đổi UC = IC T1 C1 IC U C 9 = = = 4,05 .10 3 ( ) 3 C1 T1 2,22 .10 I C = C1 4,05 .10 3 chọn C1 = 1 F IC = 4,05 .10 3(A) R6... = 3,4 (lớp) W12 23 chọn số lớp n12 = 4 (lớp) Chọn 3 lớp đầu 19 vòng, lớp thứ 4 có số vòng là : 78 3 .19 = 21 ( vòng) + Giữa 2 lớp đặt một lớp giấy cách điện dày: cd12 = 0 ,1 (mm) + Bề dày cuộn sơ cấp Bd2 = (a2 + cd12).n12 = ( 4,5 + 0 ,1 ).4 = 18 ,4(mm) Kích thớc lõi sắt Chọn khoảng cách giữa 2 trụ của MBA là : c = 1, 5.a = 1, 5 .11 0 = 16 5(mm) + Tổng chiều dài trụ: l = 3.a + 2.c = 3 .11 0 + 2 .16 5 = 660 (mm)... giấy cách điện dày: cd 11 = 0 ,1 (mm) + Bề dày cuộn sơ cấp Bd1 = (a1 + cd 11) .n 11 = ( 4,5 + 0 ,1 ).4 = 18 ,4(mm Tính số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp W12 = h 2.hg b2 k c trong đó : hg: là độ dày của tấm fit cách điện giữa gông va dây quấn chọn hg = 1, 2 (cm) kc = 0,95 : hệ số ép chặt h: chiều cao trụ Vậy: W12 = h 2.hg b2 k c = 28 2 .1, 2 0,95 = 23 (vòng) 1, 1 Tính số lớp ở cuộn dây sơ cấp: n12 = W2... 0 ,1 10 5 + 0 ,1 =5,8 .10 3 1, 4 .10 4 à tb à o t x s.U I 2 B 2 Tx: độ rộng xung ,chọn tx=600às 26 S: Mức độ sụt biên độ xung,S=0 ,15 I2':dòng điện thứ cấp quy đổi sang sơ cấp ,I2'= 0,35 =0,3A 1, 2 (5,8 .10 3 (4 (10 7 ).(6 .10 4 ).0 ,15 .9 ,12 .0,3 V= =6 ,18 cm3 (0.7) 2 Chọn loại BAX có thể tích V=9,22 cm2 có các thông số : Q=0,92 cm2 l =10 ,03 cm a =1, 2 cm c= 1, 2 cm C=4,8 cm H=4,2 cm B =1 cm -Số vòng cuộn sơ cấp BAX: W1=... Chọn E+ = 12 U ref = U A.max sin với UAmax = 12 V 1 2 1 40 0 chọn 1 = 40 -> Uref = 12 2 sin = 12 2 sin = 5,8(V) 2 2 E1 VR 1 = 5,8(V) VR 1 + R 2 Ta có : 12 R 4 = 5,8 VR 1 + R 4 0 ->VR1 = 1, 08.R4 Để có thể điều chỉnh U ta chọn VR1 là biến trở loại 5K, R4 là điện trở cố định 5K Thờng chọn điện trở R2 và R3 sao cho dòng vào khuyếch thuật toán IV . 7,3 15 55 11 1 11 === W W n (lớp) chọn số lớp n 11 = 4 (lớp) Chọn 3 lớp đầu 14 vòng, lớp thứ 4 có số vòng là : 55 3 .14 = 13 ( vòng) 13 + Giữa 2 lớp đặt một lớp giấy cách điện dày: cd 11 = 0 ,1. chiều độc lập với nhau và lúc này động cơ đợc gọi là động cơ kích từ độc lập b- Phơng trình đặc tính cơ phơng trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập u fu u I K RR K U . + = nếu. các tổn thất cơ và tổn thất thép của mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ ta kí hiệu là M, nghĩa là M đt = M cơ = M thì ta có phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích