Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van động cơ một chiều không đảo chiều quay có 2 mạch vòng phản hồi

Khi đóng stato của động cơ không đồng bộ vào lưới điện xoay chiều có tần số f1 động cơ sẽ làm việc với tốc độ đồng bộ không phụ thuộc vào tải ω0 = 2 p f1 Trên đường đặc tính cơ ta thấ

Lời nói đầuĐất nước ta đang trên đà phát triển vì vậy vấn đề tự động hóa sản xuất ngàycàng quan trọng và bắt buộc phải làm Nếu quá trình này được đảm bảo thì năngsuất và chất lượng sản phẩm sẽ được nâng cao.

Để giúp sinh viên they rõ tầm quan trọng của hệ thống cụ thể là của hệthống truyền động điện để có thể nhận thức sâu sắc hơn có những tư duy nghiêncứu về nó

Sau khi hoàn thành môn học truyền động điện em được giao đề tài Thiết

kế hệ thống truyền động điện BBĐ van - Động cơ một chiều không đảo chiềuquay có 2 mạch vòng phản hồi Trong quá trình làm đề tài được sự giúp đỡ hếtsức tận tình của thầy giáo hướng dẫn “ Võ Quang Vinh” cùng các thầy cô trong

bộ môn tự động hóa và các bạn cùng lớp đã giúp đỡ em hoàn thành đúng thờihạn đề tài này Nhưng do lượng kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài nàykhông tránh khỏi thiếu sót Em mong được sự đóng góp của thầy cô để đề tàicủa em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 11/07/2009

Sinh viên thiết kế

Đặng Xuân Sơn

PHẦN I

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

I Giới thiệu chung

Ngày nay trong lĩnh vực sản xuất ra của cải vật chất của nền kinh tế quốcdân, cơ khí hóa và điện khí hóa có mối liên hệ chặt chẽ với nhau Hai yếu tố nàyquan hệ chặt chẽ với nhau trong sự phát triển của khoa học kỹ thuật chúng chophép đơn giản kết cấu cơ khí của máy sản xuất, tăng năng suất lao động, nângcao chất lượng sản phẩm

Việc tăng năng suất của máy, giảm giá thành, giảm sự cồng kềnh của thiết bịđiện, chất lượng của máy là hai yếu tố quan trọng của hệ thống truyền động điệnvà

tự động hóa nhưng chúng lại mâu thuẫn với nhau Một bên đòi hỏi hệ thống phứctạp một bên yêu cầu hạn chế số thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp chonên việc chọn một hệ thống truyền động thích hợp là một bài toán khó

Vì vậy ta phải đưa ra các phương án và so sánh chúng với nhau để chọn raphương án thiết kế tốt nhất, phù hợp nhất có ý nghĩa quan trọng nó thể hiện quacác mặt sau

- Đảm bảo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất

- Đảm bảo làm việc lâu dài tin cậy

- Khi xảy ra sự cố có thể sửa chữa thay thế dễ dàng với các thiết bị có sẵn,

dễ kiếm, dễ mua

- Có vốn đầu tư, chi phí vận hành nhỏ

II Lựa chọn động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ.

1.

Giới thiệu một số loại động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ

Việc phân tích lựa chọn động cơ cho một cơ cấu truyền động là một việclàm rất quan trọng, có ý nghĩa to lớn Động cơ được chọn phải thỏa mãn các yêucầu về kinh tế, kỹ thuật và đáp ứng những yêu cầu đề ra xuất phát từ yêu cầucông nghệ

- Hệ thống truyền động không đảo chiều có phản hồi âm tốc độ và âm dòng

có ngắt

- Đảm bảo khả năng quá tải cho phép

- Phụ tải Mc= const, mang tính chất phản kháng.

- Dải điều chỉnh D = 20:1

- Khởi động, hãm êm, nhanh

- Động cơ thường dùng trong truyền động gồm

+ Động cơ xoay chiều

+ Động cơ một chiều

Theo yêu cầu đề tài, ta đi phân tích đặc điểm của từng loại động cơ đểchọn được động cơ phù hợp

1.1

Động cơ xoay chiều

Động cơ xoay chiều gồm

Khi đóng stato của động cơ không đồng bộ

vào lưới điện xoay chiều có tần số f1 động cơ sẽ

làm việc với tốc độ đồng bộ không phụ thuộc

vào tải

ω0 = 2 p f1

Trên đường đặc tính cơ ta thấy nếu động cơ làm việc với M  M max thì độcứng dặc tính cơ  = , lúc đó động cơ sẽ làm việc ổn định tốt nhất Tuy nhiênnếu M > M max thì tốc độ động cơ sẽ lệch khỏi tốc độ đồng bộ và động cơ làmviệc kém ổn định

-~

®b

, 2 2

r r s

r U

1

2

) ( 8

3 2

4

3

f

U M

p M

f f

p U

nm nm

f th

Khi ta thay đổi

b) Phương pháp thay đổi điện áp.

Khi điện áp lưới suy giảm thì Mth sẽ giảm bình phương lần theo biểu thức

ở mạch roto để tăng độ trượt tổn hao  tăng giải điều chỉnh

- Khi điện áp đặt vào động cơ giảm  Mth  trong khi ω 0 = const nêntốc độ n giảm khi đó mômen tới hạn giảm nên khả năng quá tải, khả năng khởiđộng giảm khi Êy giảm u quá, thì hệ truyền động không thể khởi động được

 0



M ®m M nm M

U ®m

- Đối với động cơ công suất lớn thì ta có thể tăng điện áp đặt vào động cơ

để làm giảm dòng điện khi khởi động

c) Phương pháp thay đổi số đôi cực.

Khi thay đổi số đôi cực p ở stato thì

ω 0 = 2 p f1

thay đổi Sth =

nm x

- Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

mà không dùng cho động cơ roto dây quấn

- Khi thay đổi p ta phải thay đổi tổ nối dây stato động cơ dẫn đến làmthay đổi một số thông số của động cơ nh Uf, X1, r1  làm Mth thay đổi

- Phương pháp này làm cho tốc độ động cơ không trơn mà nhảy cấp

d) Phương pháp cho điện trở phụvào mạch roto.

Khi đưa điện trở phụ vào mạch roto thì:



MM

- Phương pháp này chỉ điều chỉnh tốc độ về phía giảm, tốc độ càng giảmthì đặc tính cơ càng mềm tốc độ càng kém ổn định trước sự thay đổi của mômentải, mômen tải càng nhỏ thì dảI điều chỉnh càng hẹp.

- Khi điều chỉnh sâu( tốc độ nhỏ) thì độ trượt tăng và tổn hao năng lượngkhi điều chỉnh lớn

e) Phương pháp cho R f , X f vào mạch stato.

Khi cho Rf, Xf vào mạch stato thì

w0 = const, Sth,Mth giảm

* Đặc tính cơ

Phương pháp này thường được áp dụng cho

động cơ KĐB roto lồng sóc có công suất trung

bình và lớn để hạn chế dòng điện khởi động

1.2.

Động cơ một chiều

1 ) Động cơ một chiều kích từ nối tiếp.

Ta thấy loại cuộn kích từ nối tiếp với phần ứng động cơ nên dòng kích từchính là dòng phần ứng động cơ

Do vậy khi Iư biến đổi thì từ thông  cũng biến đổi sẽ gây ra hiện tượng từthông dư  dư = (2ữ10)  đm.

Mà động cơ một chiều kích từ nối tiếp có đặc tính cơ dạng phi tuyến nên đặctính cơ mềm và độ cứng lại thay đổi theo phụ tải

Mặt khác từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng nên khả năngchịu tải của động cơ bị ảnh hưởng rất lớn của điện áp lưới Điều này gây khókhăn trong qua trình điềukhiển tốc độ quá trình này chỉ có hiệu quả ở tốc độ thấp

và hiệu quả không cao, ở tốc độ cao đạt được điều này rất khó khăn

Do vậy, động cơ này không phù hợp với yêu cầu

§ CKT

2 ) Động cơ một chiều kích từ độc lập.

- Cuộn kích từ hoàn toàn độc lập

với phần ứng động cơ và cần phải 2

nguồn Nguồn cung cấp cho mạch kích từ

a) Phương trình đặc tính cơ.

ω = M

k

R R k

2

) ( 



2

b) Các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ

* Ảnh hưởng bởi điện trở phần ứng

2

) ( 

 0

Ta thay đổi Rư tức là đưa Rf vào mạch phần ứng của động cơ với trường hợp

này thì ω 0 =

dm

dm k

dm R R

k w

Nh vậy Rf càng lớn thì đặc tính càng dốc và ứng với một phụ tải nào đó thì

Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm đồng thời dòng điện ngắn mạch vàmômen ngắn mạch cũng giảm theo Nên sự ảnh hưởng của thông số này thườngđược ứng dụng để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ thấp hơn tốc độ địnhmức ω < ω đm

* Ảnh hưởng của điện áp phần ứng

Từ phương trình đặc tính cơ

k

R R

k

2 )

dm R R

k w

k

2 )

Do cấu tạo của động cơ điện nên thường điều chỉnh ỉ = ỉđm nên khi ỉ giảmthì ta có w0 tăng lên còn độ cứng đặc tính cơ giảm dần.

c) Phương pháp chọn điều chỉnh tốc độ.

Trước hết ta thấy được về phương diện điều chỉnh tốc độ thì động cơ mộtchiều có nhiều ưu việt hơn hẳn so với loại động cơ khác Nó không những cókhả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà có cấu trúc mạch động lực, mạch điềukhiển đơn giản hơn đồng thời đạt chất lượng điều chỉnh cao, trong dải điềuchỉnh tốc độ rộng

- Từ phương trình đặc tính cơ ω = M

k

R R k

U u u f

2

) ( 







Ta thấy có 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ

- Đưa Rf vào mạch phần ứng động cơ

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng động cơ

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ(phương pháp thay đổi từthông)

a) Nguyên lý điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ.

Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ một chiều cần các thiết bị

là nguồn một chiều nh máy phát, bộ biến đổi Với bộ biến đổi điện áp xoaychiều thành một chiều, muốn điều chỉnh được phải nhờ vào Uđk

Từ sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập ta có: Eb – Eư =Iư(Rb + Rưđ)

Mà Eư = ω.k ỉđm → Eb- Iư ( Rb + Rưđ) = ω.k ỉđm

dm

ud b dm

k

R R k

Do từ thông ỉ của động cơ được giữ không đổi nên ta có độ cứng đặc tính

cơ ( đặc tímh cơ điện) β = const xong tốc độ không tải lý tưởng phu thuộc vào

Uđk Do đó chọn phương pháp này là hợp lý

Mặt khác để xách định dải điều chỉnh ta thấy rằng ωmax bị chặn bởi đặc tính

cơ tự nhiên và ωmin bị giới hạn bởi yêu cầu sai số của tốc độ và Mnm khi Mc= Mđm

1 (

max 0 max

M

dm o

K

M M

Do đó: 0 max E10

M dm





Vì vậy phải có đặc tính mômen cản Mc = const thì phạm vi điều chỉnh tốc

độ cũng không vượt quá 10 và độ chính xác duy trì tốc độ thì việc sủ dụng các

hệ thống hở nh trên là không thỏa mãn yêu cầu Trong phạm vi phụ tải cho phép

có thể có các đặc tính cơ của động cơ 1 chiều kích từ độc lập là tuyến tính.Trong quá trình điều chỉnh điện áp độ cứng β = const do đó sai lệch tĩnh đạt giátrị cực đại ở đặc tính cơ thấp nhất hay nơi khác ở đặc tính này mà Stmin ≤ [St] thì

hệ luôn làm việc với St < [St] trong toàn bộ dải điều chỉnh

Stmin =   dm  t

S

min 0 min

0 min 0

min min

0

min min

Ta xác định được giá trị xác định của β sao cho nó thỏa mãn sai số nhỏ hơngiá trị của sai lệch tĩnh cho phép [Mc] = KứđmIđm = Mđm = const

Phạm vị điều chỉnh tốc độ (ω và M ) thuộc phần gạch chéo trong hình vẽ

Tổn hao mạch phần ứng:

Iư.Eb = [Eư + Iư(Rb + Rưđ)]Iư → η = I E I E I R E E I R

u u

b u

u u

b u

vô cấp một cách dễ dàng mà Ýt tổn thất hơn có khả năng tự động hóa dễ dàng

b) Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ.

Ta có M = KỉIư nên ta điều chỉnh từ thông kích thích ỉkt chính là điều chỉnhmômen điện từ của động cơ Hơn nữa Eư = Kỉω nên khi đó cũng chính là điềuchỉnh Eư

Ta thấy rằng mạch kích thích của động cơ là mạch phi tuyến nên hệ điềuchỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến

ik= r e r k d dr

k b







Trong đó rk là điện trở dây quấn kích từ

rb là điện trở của nguồn điện áp kích thích

ωk là số vòng của dây quấn kích thích

Trong chế độ xác lập: ik =

k b

k r r

e

 ; ỉ = f(ik)

Mặt khác khi điều chỉnh từ thông ỉ thì điện áp phần ứng Uư được giữnguyên băng giá trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh

từ thông là đặc tính cơ điện áp phần ứng uư = Uđm và có ỉ = ỉđm gọi là đặc tính cơ

tự nhiên, tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năngchuyển mạch của cổ góp bị xấu đi Mà để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bìnhthường thì cần giảm dòng phần ứng Iư nhưng khi đó trục động cơ giảm rấtnhanh: M = KỉIư

Ngay khi giữ nguyên Iư thì độ cứng đặc tính cơ cũng bị giảm rất nhanh khi

c) Nguyên lý thay đổi điện trở phần ứng.

Giả thiết Uư = Uđm = const; ỉkt = ỉđm const

Thì phương trình đặc tính cơ của động cơ

ω = M

k

R k

U

dm

u dm

dm

2

) ( 

Nh vậy muốn thay đổi tốc độ ω bằng cách thay đổi điện trở phần ứng Rư thìcần mắc thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng động cơ.

ta có phương trình đặc tính cơ ω = M

k

R R k

U

dm

f u dm

dm

2 ) ( 

f u





Nếu có độ cứng β giảm thì Rf tăng và khi

Rf = 0 thì β = βmax ứng với đặc tính cơ tự nhiên

của động cơ

* Nhận xét:

Qua phân tích các phương pháp điều chỉnh tốc độ trên ta thấy phương phápđiều chỉnh điện áp vào phần ứng động cơ là phương pháp có nhiều nổi bật

- Đảm bảo được độ cứng cơ β tốt hơn, sai lệch tĩnh St nhỏ hơn, điều chỉnh

vô cấp tốt hơn, khả năng quá tải tốt hơn

- Nh vậy, từ yêu cầu công nghệ và qua phân tích để phù hợp ta chọn

phương pháp điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ

3 ) Nhận xét chung

a) Đông cơ đồng bộ.

+ Ưu điểm:

Trong các hệ thống truyền động công suất trung bình và lớn yêu cầu tốc độ

ổn định và cao thì loại động cơ này có hệ số cosψ, hiệu suất và độ tin cậy cao.+ Nhược điểm:

Trong hệ thống truyền động công suất nhỏ thì chế tạo khó khăn giá thành cao

b) Động cơ không đồng bộ:

+ Ưu điểm:



M 0

 0

Có cấu tạo đơn giản đặc biệt là rôt lồng sóc, có kích thước nhỏ làm việc tincậy, trọng lượng nhỏ dễ dàng sử dụng vận hành sửa chữa bảo dưỡng giá thànhhạ.

+ Nhược điểm:

Mômen khởi động nhỏ, dòng khởi động lớn

- Khi làm việc với tải lớn thì hệ truyền động để mất ổn định

- Cosψ của máy không cao, điều chỉnh tốc độ khó khăn, dải điều chỉnh hẹp

c) Động cơ một chiều kích từ độc lập.

+ Ưu điểm:

- Dải điều chỉnh rộng, điều chỉnh thuận lợi, dễ dàng điều chỉnh trơn vô cấp,mômen khởi động lớn, quá trình khởi động êm, thời gian khởi động nhỏ hệ sốquá tải cao

+ Nhược điểm:

Có kết cấu phức tạp, giá thành cao

Vậy qua phân tích trên cùng với yêu cầu đề tài ta chọn động cơ kích từ độclập và phương pháp điều chỉnh điện áp dặt vào phần ứng động cơ

III- Phân tích chọn hệ truyền động.

Bộ biến đổi là bộ phận quan trọng của hệ truyền động nó quyết định khảnăng và chất lượng điều chỉnh các chế độ làm việc, để có nguồn điện áp mộtchiều cung cấp cho động cơ truyền động ta thường dùng các bộ biến đổi sau:+ Bộ biến đổi máy điện

+ Bộ biến đổi van từ

+ bộ biến đổi Thyristor động cơ

1 ) Bộ biến đổi máy phát- động cơ:

a) Sơ đồ nguyên lý:

b) Phương trình dặc tính cơ điện:

( D) 2

uFI uD D

F

k

R R k

( D) 2

uE uD D

F

k

R R k

Họ đặc tính cơ được xây dựng trên cả 2 vùng điều chỉnh tốc độ đó là:

- Điều chỉnh tốc độ điện áp phản ứng động cơ

- Điều chỉnh từ thông ứĐ

e) nhận xét.

* Ưu điểm :

- Do sử dụng 2 vòng điều chỉnh tốc độ nên dải điều chỉnh khá hơn ( 25:1)

- Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong toàn bộ dải điều chỉnh

- Việc điều chỉnh tiến hành trên mạch kích từ nên tổn hao nhá

- Trạng thái làm việc linh hoạt khả năng quá tải lớn

* Nhược điểm:

- Sử dụng máy điện quay nên hiệu suát thấp ( ≤ 75% ), kồnh kềnh tốn kém

- Công suất đặt của máy lớn, vốn đầu tư lớn, tồn tại từ thông dư

2 ) Bộ biến đổi van - động cơ.

B

B E

u b s

bm

) (

1 (

2 0

- Điều khiển kém linh hoạt, độ nhạy với tín hiệu điều khiển lớn

- Đảo chiều gặp nhiều khó khăn

- Đặc tính sơ cấp, sai số tín hiệu lớn

- Quán tính lớn do ảnh hưởng điện kháng bão hòa

- Khi điều chỉnh bị ảnh hưởng phi tuyến của đặc tính từ hóa

3 ) Bộ biến đổi Thyristor- động cơ

k ) 2 ( 

I d

U ®k

U d



- Tổn thất năng lượng trong quá trình điều khiển nhỏ hệ số khuyếch đạilớn.

- Khả năng tự động hóa cao

- Là bộ biến đổi tĩnh, nhỏ, nhẹ, gọn, không gây ồn

- Giá thành bộ biến đổi không cao

- Khi làm việc gây nhiễu do các xung điều khiển

4 ) Kết luận chọn bộ biến đổi.

Từ những phân tích trên ta thấy mỗi bộ biến đổi đều có những ưu nhượcđiểm khác nhau, căn cứ vào yêu cầu đề bài ta chọn bộ biến đổi van động cơ vì

nó có nhiều ưu điểm hơn, có độ chính xác cao, gọn nhẹ, giá thành hạ, khả năng

tự động hóa cao

PHẦN II CHỌN VÀ PHÂN TÍCH MẠCH ĐỘNG LỰC

Mạch động lực có nhiệm vụ cung cấp dòng điện, điện áp cho động cơ Đây

là hệ thống không đảo chiều quay làm việc với tải phản kháng, có khả năng điềuchỉnh và tự điều chỉnh tốc độ

Như phần I ta lựa chọn được BBD T - Đ cho hệ truyền đông là bộ biến đổi

sử dụng các Thyristor và các điốt bán dẫn để chỉnh lưu có rất nhiều các loại sơ

đồ chỉnh lưu mỗi loại có ưu điểm, nhược điểm riêng và thích hợp cho từng côngnghệ sau đây ta phân tích 3 loại sơ đồ thông dụng sau

- sơ đồ cầu 1 pha

- sơ đồ cầu 3 pha

- sơ đồ cầu 3 pha có D0

I ) Phân tích các bộ biến đổi.

1 ) Bộ biến đổi cầu 1 pha.

a) sơ đồ nguyên lý:

- Trong sơ đồ này

+ Biến áp là máy biến áp cung cấp, với sơ đồ cầu 1 pha thì có thể dùnghoặc không

+ Các van điều khiển T1 + T4 dùng để biến đổi xoay chiều thành 1 chiều

Ta xét nguyên lý làm việc của sơ đồ trong trường hợp giả thiết phụ tải có

Ld = ∞ và xem rằng sơ đồ làm việc xác lập trước thời điểm ta bắt đầu xét.Giả thiết trong điểm lân cận phía trước thời điểm ωt = v1 = α thì trong sơ đồhai van T3 và T4 đang dẫn dòng Tại ωt = v1 = α thì 2 van T1 và T2 đồng thời cótín hiệu điều khiển, lúc đó điện áp trên 2 van này đều thuận ( ut1= ut2=u ) do vậy

cả 2 van này đều mở Hai van T1, T2 mở nên sụt điện áp trên chúng bằng không,

ta có Ud = U2, UT3=UT4=-U2 và tại ωt = v1 = α thì U2 > 0 tức là T3, T4 bị khóa Từthời điểm này (ωt = v1 ) trong sơ đồ chỉ có 2 van T1, T2 dẫn dòng khi đó:

iT1=iT2=id=Id, IT3=IT4= 0

Đến ωt = π thì u2= 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm nên nó tácđộng ngược với chiều dòng qua T1 và T2 đồng thời T3 và T4 có điện áp thuậnnhưng T3 và T4 chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển vì vậy T1 và T2 tiếp tụcdẫn dòng bởi sđđ tự cảm sinh ra trong Ld do dòng tải có xu hướng giảm D0 T1 và

T2 vẫn mở nên các biểu thức áp và dòng điện vẫn giữ nguyên như trên

- Tại ωt = v2 = π + α thì T3 và T4 đồng thời có tín hiệu điều khiển trên 2van đang có dòng điện thuận nên T3 và T4 mở nên Ud=- U2, UT1=UT2=U2 và tại

ωt = v2 = π + α thì U2 < 0 tức là T1,T2 bị đặt điện áp ngược và khóa lại

Ud=- U2, UT1=UT2=U2, UT3=UT4= 0, IT1=IT2= 0, IT3=IT4= Id

- Đến ωt = 2π thì U2 = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương và tácđộng ngược với chiều dòng qua T3 và T4, đồng thời trên T1 và T2 có điện ápthuận như T1 và T2 chưa mở vì chưa có tín hiệu đièu khiển nên sức từ động Ld

vẫn cho T3 và T4 tiếp tục làm việc

- Đến ωt = v3 = 2π + α thì T1 và T2 có tín hiệu điều khiển nên cùng làmviệc, T3 và T4 bị đặt điện áp ngược và khóa lại từ thời điểm này sơ đồ lặp lạitrạng tháI làm việc nh từ ωt = v1 = α

- Giai đoạn ωt = 0 ữ v1 có thể suy ra từ giai đoạn ωt =2π ữ v3 do tính chấtlặp lại khi sơ đồ làm việc

* Các biểu thức cơ bản: Ud=Ud0cosα, Ud0= (2/√2/ π).U2 ≈ 0,9U2

Trong đó U2 giá trị hiệu dụng của điện áp bên thứ cấp BA

ITtb = Id/2; IT = Id/2 ; UTthmax = UTngmax = Id/ kba ; I2 = Id; I1 = Id/ kba

- Ưu điểm: sơ đồ đơn giản, Ýt thiết bị

- Nhược điểm: chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ nhưng do 1 pha nên có độ đậpmạch cao làm giảm chất lượng điện áp đầu ra

2)

Sơ đồ cầu 3 pha

a) Giới thiệu sơ đồ.

- BA là máy biến áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, trong sơ đồ chỉnh lưunày có thể không cần sử dụng BA nếu nguồn cung cấp có điện áp phù hợp vớiyêu cầu sơ đồ và không yêu cầu cách ly về điện giữa mạch động lực chỉnh lưuvới nguồn điện xoay chiều

- Các van chỉnh lưu T1 ữT6 dùng để biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha bênthứ cấp BA là ua, ub, uc thành điện áp 1 chiều đặt lên phụ tải Rd, Ld, Ed

Nhận xét:

Đây là mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chất lượng điện áp đầu ra cao hơn cầu

1 pha, hiệu suất của mạch cao

3 ) Sơ đồ hình tia 3 pha có D0

a) Giới thiệu sơ đồ

- BA là máy biến áp 3 pha dùng cung cấp cho sơ đồ

- Các Thyristor T1, T2, T3 dùng để biến điện áp xoay chiều 3 pha bên thứcấp máy biến áp là ua, ub, uc thành điện áp một chiều trên tải ud

- Rd, Ld, Ed các phụ tải của bộ chỉnh lưu

- iA, iB, iC dòng các pha cuộn dây sơ cấp của BA

- ia, ib, ic dòng các pha cuộn dây thứ cấp của BA

- iT1, iT2, iT3 dòng các van chỉnh lưu

- id dòng điện chỉnh lưu

b) Nguyên lý làm việc của sơ đồ:

Ta giả thiết sơ đồ có Ld = ∞, sơ đồ dã làm việc xác lập trước thời điểm bắtđầu xét Với sơ đồ này tùy thuộc vào giá trị góc điều khiển α mà có thể xảy ra 2trường hợp

- Khi 0o ≤ α ≤ 30o van D0 không làm việc nên hoạt động của sơ đồ giống

Qua phân tích ở trên ta rót ra kết luận sau.

Sơ đồ cầu 3 pha có chất lượng điện áp tương đối bằng phẳng, nhưng số vannhiều mạch điều khiển phức tạp

Nếu sơ đồ cầu và tia 3 pha đều sử dụng điốt D0 thì sơ đồ tia 3 pha làm việcvới α > 50o còn sơ đồ cầu 3 pha làm việc với góc α > 60o

- Cùng điện áp Ud thì:

U2cầu 3 pha < U2 tia 3 pha

Ungmax cầu = 6U2 cầu

Ungmax tia = 6U2 tia

Vậy Ungmax tia > Ungmax cầu

- Cùng với dòng điện thì Id cả 2 sơ đồ đều nh nhau

- Sơ đồ tia 3 pha đơn giản hơn, số van trong sơ đồ tia 3 pha Ýt hơn cầu 3pha Chất lượng điện áp của tia 3 pha có D0 khá cao Cùng với yêu cầu đề tài tachọn bộ biến đổi hình tia 3 pha có D0

II- Thiết kế mạch động lực.

1 ) Sơ đồ nguyên lý.

2 ) Chọn chế độ hãm cho động cơ 1 chiều kích từ độc lập.

a) Hãm tái sinh ( trả năng lượng về lưới)

Hiện tượng xảy ra khi tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng(ω > ωo ) lóc này do Eư > Uư nên động cơ làm việc nh một máy phát songvới lưới

0 0

R

E U

I

u

u u

h





; Mh = kứIh < 0Phương trình đặc tính của động cơ khi hãm:

  ( k ) 2

M R R k

U u u  f h





Công suất trả về lưới P = ( U- E)I

Đây là pp hãm kinh tế vì động cơ sinh

ra động năng hữu Ých

Xét thực tế đề tài, với hệ truyền động van động cơ thì van chỉ dẫn dòng theo

1 chiều nhất định nên khi động cơ sinh ra năng lượng trả về lưới thì các vankhông cho phép dẫn ngược nên không sử dụng chế độ hãm này

T3 C R

§ H

+

f u f u

u u

h

R R

k U R R

E U

a) khi dảo chiều phần ứng b) khi đưa Rf vào phần ứng

*) khi đảo chiều điện áp

Khi hãm ngược xảy ra đến thời điểm đạt được tốc độ ω = 0 thì cần có thiết

bị cắt phần ứng khỏi điện áp nguồn tại c

f u

u u f u

u u

E U R R

E U I

Cắt phần ứng khỏi lưới, đúng điện trở hóm Rh và giữ nguyờn mạch kớch từ

ta cú Ehd = kứ ωhd;

h u

hd h

u

hd h

R R

k R R

E I

a) sơ đồ nguyên lý

Rf E

Ukt

Rh

CKT

D Ih

b1

M hđ2 M hđ1

 

h kt

h kt u h kt

h kt u kt h u

u

R R

R R R

k R

R

R R R

E R

R R

E I

d) Kết luận.

So với pp hãm ngược, hãm động năng có hiệu quả kém hơn Khi chúng

có cùng tốc độ ban đầu và có cùng tải Mc Tuy nhiên hãm động năng ưu việt hơn

về mặt năng lượng, đặc biệt là hãm động năng tự kích không tiêu thụ năng lượng

từ lưới Do vậy ta chọn phương pháp này làm trạng thái hãm cho động cơ của hệthống

PHẦN III CHỌN VÀ PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỀU KHIỂN

I- THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN.

- Để có điện áp chỉnh lưu đặt vào phần ứng động cơ nh mong muốn taphải điều chỉnh Thyristos mở tại những thời điểm mong muốn Vì vậy ta cần cómạch phát điều khiển để mở các Thyristos

- Xung điều khiển phải đáp ứng được các nhu cầu nh biên độ, công suất

độ dài đủ lớn để mở các van một cách chắc chắn với mọi loại tải mà sơ đồ gặpphải khi làm việc Thông thường đối với bộ chỉnh lưu thì xung nằm trong dải( 200 ữ 600) us là đảm bảo các van mở chắc chắn

* Các hệ thống điều khiển đồng bộ thường sử dụng hiện nay gồm:

- Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang

- Phương pháp này có ưu điểm là mạch có xung điều khiển đơn giản nhưng

có một số nhược điểm là phạm vi điều khiển góc α không rộng rất nhạy với sựthay đổi nguồn áp và khó tổng hợp tín hiệu điều khiển Do những nhược điểmnày mà hệ thống xung điều khiển theo pha ngang không phù hợp với yêu cầucông nghệ

- Hệ thống chỉnh lưu điều khiển dùng điốt 2 cực gốc ( tranzito một tiếpgiáp) Mạch phát xung phương pháp này đơn giản nhưng có nhược điểm là chỉphù hợp với hệ thống công suất nhỏ cho nên Ýt dùng

- Hệ thống điều khiển theo nguyên tắc pha đứng phương pháp này tuy cómạch phát xung phức tạp nhưng đáp ứng được chỉ tiêu yêu cầu chất lượng

- Độ rộng xung đảm bảo yêu cầu làm việc

- Tổng hợp tín hiệu rõ ràng

- Góc mở α của Thyristos có thể thay đổi được trong khoảng rộng

- Độ dốc sườn trước của xung đảm bảo có hệ số khuyếch đại phù hợp,làm việc tin cậy, độ chính xác cao

- Có thể điều khiển được hệ có công suất lớn

* Sau đây ta xây dựng một hệ thống điều khiển theo pha đứng