Phương pháp điều khiển bằng cách thay đổi điện áp stato

Trước thực tế đó, cùng với sự phát triển của ngành điện tử bán dẫncông suất, các hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ đã ra đời và trở thành hệ truyền động cạnh tr

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ không đồng bộ được sử dụng rất phổ biến trong côngnghiệp cũng như trong đời sông nhân dân sở dĩ như vậy là do động cơkhông đồng bộ có nhiều ưu điểm vượt trội so với các động cơ khác như cấutạo, vận hành đơn giản, giá thành hạ, kết cấu chắc chắn Nhưng nhượcđiểm lớn nhất của động cơ này là việc điều khiển tốc độ rất khó khăn vàđặc tính điều chỉnh không được như ý muôn Do nhược điểm này mà trongthời gian trước đây, người ta ít khi sử dụng các hệ truyền động điều chỉnhtốc độ động cơ không đồng bộ mà chủ yếu dùng các hệ truyền động mộtchiều

Trước thực tế đó, cùng với sự phát triển của ngành điện tử bán dẫncông suất, các hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng

bộ đã ra đời và trở thành hệ truyền động cạnh tranh hiệu quả với các hệtruyền động động cơ một chiều

Có nhiều phương pháp để điều chỉnh tốc độ dựa vào việc ứng dụngcác thiết bị điện tử công suất, nhưng trong đồ án này chỉ đưa ra xem xét hệtruyền động điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sócbằng bộ điều chỉnh pha

Nội dung gồm 5 chương:

- Chương mở đầu: Tổng quan về động cơ không đồng bộ

- Chương I: Tổng quan về các phương pháp điều khiển động cơkhông đồng bộ

- Chương II: Phương pháp điều khiển bằng cách thay đổi điện ápstato

- Chương III: Tính toán các sô" liệu, đặc tính của động cơ

- Chương V: Thiết kế sơ đồ điều khiển tự động dòng điện và tốc độđộng cơ

Sau một thời gian làm việc dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS-TS Bùi Đình Tiếu Em đã hoàn thành đồ án của mình nhưng vì khả năng và

thời gian có hạn nên chắc vẫn có nhiều sai sót nhất định Em mong được

sự chỉ bảo thêm của các thầy cô trong khoa điện và bộ môn thiết bị điện điện tử Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô rất nhiều

-Sinh viên:

Đặng Thanh Thư

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

MỞ ĐẦU TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG cơ KHÔNG ĐồNG BỘ

I. Vài nét về động cơ không đổng bộ:

Máy điện KĐB là loại máy điện xoay chiều, chủ yếu dùng làm động

cơ điện, do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao giá thành

hạ nên động cơ KĐB là loại động cơ được dùng rộng rãi nhất trong cácngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài đến vài chục Kw

Trong công nghiệp, thường dùng máy điện không đồng bộ làmnguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máycông cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ Trong hầm mỏ thường dùng làmmáy tời hay quạt gió, trong nông nghiệp thường dùng làm máy bơm nướchay các máy gia công nông sản Trong đời sông hàng ngày, máy điện KĐBcũng chiếm một vị trí quan trọng như: Quạt gió, máy quay đĩa, động cơtrong tủ lạnh , Tóm lại, cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khíhóa, tự động hóa và các phương tiện sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứngdụng của máy điện KĐB ngày càng rộng rãi

Tuy vậy động cơ điện KĐB cũng có những nhược điểm như là hệ sôcoscp của máy thường không cao lắm và đặc tính điều chỉnh tốc độ khôngtốt, nên ứng dụng của nó trong các lĩnh vực cần điều chỉnh tốt độ có phần

bị hạn chế

Máy điện không đồng bộ cũng có thể dùng làm máy phát điện nhưngđiện áp ra không tốt bằng so với máy điện đồng bộ do đó hầu như người takhông sử dụng để làm máy phát

Động cơ không đồng bộ có hai loại chính là động cơ roto lồng sóc vàđộng cơ roto dây quấn Động cơ roto dây quấn chỉ áp dụng cho tải có côngsuất lớn và cần điều chỉnh tốc độ (điều chỉnh tốc độ và mở máy bằng điệntrở phụ) Còn đôi với các loại tải trung bình và nhỏ, người ta thường sử

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

II. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha:

Động cơ KĐB ba pha hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện

từ, do đó động cơ KĐB còn được gọi là động cơ cảm ứng

Dây quấn ba pha của stator đặt lệch nhau trong không gian 120°,được cấp dòng điện xoay chiều ba pha lệch nhau về thời gian 120° điện.Lúc ấy, trong máy sẽ hình thành từ trường quay, quay với tốc độ đồng bộ:

Hđb = —7- (v/p)

p

Trong đó: - f là tần sô" nguồn điện cấp cho động cơ

- p là sô" đôi cực từ của động cơ

Từ trường quay của stato quét qua các thanh dẫn roto làm cảm ứngtrong các thanh dẫn một sức điện động theo định luật cảm ứng điện từ Sứcđiện động này có chiều được xác định theo quy tắc bàn tay phải Vì Rotoluôn kín mạch nên sức điện động này sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều iRchạy trong dây quân Roto, dòng iR lại tạo ra từ trường trong Roto hợp với

từ trường quay tạo thành từ trường trong khe hở (giữa Roto và Stato)

Dòng iR chạy trong các thanh dẫn nằm trong từ trường nên bị tácđộng một lực điện từ có chiều được xác định theo quy tắc bàn tay trái Hợpcác lực này tạo thành Momen quay tác động lên dây quân Roto làm choroto quay theo chiều của từ trường

Tô"c độ của Roto luôn nhỏ hơn tô"c độ đồng bộ của từ trường quay để

có sự tác động tương đôi giữa các thanh dẫn với từ trường quay stato, nếunhư roto quay đến tôc độ đồng bộ thì trong roto sẽ không tồn tại dòng cảmứng nữa do đó sẽ không còn momen quay nữa Do tốc độ của động cơkhông bao giờ bằng được tô"c độ đồng bộ nên gọi là động cơ không đồng

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐlỀư KHIÊN ĐỘNG

có thể tác động vào mạch roto hoặc mạch stato của động cơ Trong thực tế,với các hệ truyền động người ta hay dùng các phương pháp điều khiển tốc

độ động cơ không đồng bộ như sau:

Điều khiển bằng phương pháp thay đổi điện áp cấp vào statocủa động cơ

Điều khiển bằng phương pháp thay đổi điện trở mạch roto

Điều khiển bằng phương pháp thay đổi tần số nguồn cấp vàostato của động cơ

Điều khiển bằng phương pháp điều chỉnh công suất trượt

Tuỳ vào từng trường hợp cụ thể mà người ta có thể sử dụng từngphương pháp cho thích hợp Sau đây là phần trình bày về cơ bản của cácphương pháp đã nêu

I. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ:

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Đôi với động cơ KĐB, khi điện áp nguồn cấp thay đổi sẽ làm momencủa động cơ cũng thay đổi tỉ lệ với bình phương lần sự thay đổi điện áp (dothay đổi cả dòng điện và từ thông) Khi momen điện thay đổi mà momen

cơ chưa kịp thay đổi thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi Do đó, khi thay đổiđiện áp cấp cho động cơ thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi

M = u2suy ra : Mth - u2 và Mnm - u2

Trong khi đó:

Sth — R-2

Mà : R.2 = const nên Sth = const

Để thay đổi điện áp cấp vào stato của động cơ, ta có thể sử dụng máybiến áp hoặc cuộn kháng đặt vào stator hoặc đổi nối Y - À hoặc dùng các

bộ điều áp bằng Tiristor Đôi với các hệ truyền động động cơ roto lồngsóc, người ta thường sử dụng các bộ điều áp để thay đổi cả dòng điện vàđiện áp mà không làm thay đổi tần sô" để điều chỉnh tốc độ và hạn chếdòng mở máy bằng phương pháp giảm điện áp khi khởi động

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Khi giảm điện áp đặt vào stator của động cơ, ta được các đặc tính như

Hình 1.2 :Đặc tính của điều chỉnh tốc độ bằng cách

thay đổi điện áp vào Stator

Dựa vào đặc tính cơ ta có thể nhận thấy khi giảm điện áp thì momengiảm rất nhiều Do đó, phương pháp này chỉ thích hợp với tải có momen tỷ

lệ với tốc độ như tải quạt gió, không thích hợp với tải có momen khôngđổi

2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần sô" nguồn cấp :

Để thay đổi tốc độ bằng cách tác động vào stato của động cơ ngoàiphương pháp thay đổi điện áp nguồn cấp ta còn có thể sử dụng phươngpháp thay đổi tần sô" nguồn cấp vào động cơ Nguyên lý của phương phápnày là khi tần sô" của nguồn câ"p thay đổi thì tốc độ không tải lý tưởng CO] =27if/p cũng thay đổi theo tỷ lệ với tần sô" Đây là phương pháp điều chỉnh

trơn hoàn toàn và ta có thể điều chỉnh ở bâ"t kỳ tốc độ nào.

00] = 27ĩf/p

f = var nên co 1 = var

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Hình 1.3: Sơ đồ đơn giần của phương pháp thay đổi tần sô'

Nếu giữ cho điện áp không đổi thì ta có quan hệ :

Mth = —= _L (U = const)

Củ.Xnm f

Nghĩa là khi giữ điện áp không đổi, tần sô" giảm bao nhiêu lần thìmomen của động cơ sẽ tăng lên tỷ lệ với bình phương lần sự suy giảm củatần sô" Như thê", ta có thể tăng momen của động cơ bằng phương phápgiảm tần sô"

Thực tê" là khi tần sô giảm so với tần sô định mức thì dòng điện sẽtăng lên rất nhiều nếu điện áp giữ nguyên do điện kháng giảm (điệnkháng tỷ lệ với tần sô) Do đó, khi giảm tần sô thì cũng phải giảm điện ápsao cho tỷ sô" giữa điện áp và tần sô" là không đổi Như vậy, trong trườnghợp giảm tần sô" thì mô men sẽ không thay đổi Do đó, trong đặc tính cơ sẽ

có hai phần fi > fđm và fi <

fđm-Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Ta có dạng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi thay đổi tần sônguồn lưới như sau :

coư>n

fi>f,đm

f,<f(1^1 đm

M

Hình 1.4: Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ KĐB

Tóm lại, khi thay đổi tần sô" để điều chỉnh tốc độ ta phải đồng thờiđiều chỉnh cả điện áp đưa vào động cơ Phương pháp điều chỉnh tần sô" làmột phương pháp hiện đại, nhưng khá tôn kém do đó hiện nay nó chưađược dùng phổ biến mà chỉ sử dụng trong một sô lĩnh vực nhât định

3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rotor :

Để điều chỉnh tô"c độ, ngoài việc tác động vào stato, người ta còn cóthể tác động vào mạch rotor để thay đổi dòng điện rotor dẫn đến làm thayđổi momen của động cơ Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rotor làphương pháp chỉ áp dụng cho động cơ không đồng bộ rotor dây quân nhờnôi tiếp cuộn dây roto với bộ biến đổi điện trở mạch ngoài Do độ trượt tớihạn tỷ lệ với giá trị điện trở roto nên khi điện trở rôto thay đổi thì độ trượttới hạn sẽ thay đổi theo trong khi momen tới hạn không thay đổi do tần sô"

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Ta có sơ đồ đơn giản như sau :

Hình 1 5: Sơ đồ đơn giản của phương pháp điều

R2 _ Điện trở của mạch roto

Rf2 _ Điện trở phụ mắc thêm vào

Khi thay đổi điện trở phụ ở mạch roto thì:

Sth - RZ2 = var

Mth = const; Mnm = var

Trong một giá trị điện trở phụ nào đó thì mo men ngắn mạch củađộng cơ sẽ tăng lên sau đó sẽ giảm xuống do đó chỉ nên chọn giá trị của

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Hình 1.6: Đặc tính cơ khi thay đổi điện trở roto

Phương pháp này chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm tốc độ và

sự ổn định về tốc độ cũng kém hơn do đặc tính dốc hơn Tuy nhiên, phươngpháp này có ưu điểm lớn là có thể điều chỉnh điện trở phụ sao cho Mnmbằng Mth để mở máy động cơ với momen lớn nhất cũng như là dùng điệntrở phụ để hạn chế dòng điện mở máy

4. Phương pháp thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi công suất

trượt:

Đôi với động cơ KĐB, công suất trượt ÀPS = s.pđt được tiêu tán trênđiện trở của roto Với các máy có công suất lớn thì tổn hao công suất này

là đáng kể đặc biệt là khi điều chỉnh ở tốc độ thấp (s lớn) Do đó, từ việc

tiết kiệm điện năng mới nảy sinh yêu cầu tận dụng công suất này Để tậndụng công suất tổn hao này, người ta dùng các sơ đồ điều chỉnh công suấttrượt để đưa năng lượng này trả ngược về lưới Trong điều kiện nguồn cấpkhông đổi pđt = const thay đổi công suất trượt ÀPS ta sẽ thay đổi được độtrượt s do đó làm thay đổi được tôc độ động cơ

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh công suất trược

p, = p2 + APS

Khi thay đổi góc mở chậm của Tiristor ở trạng thái nghịch lưu, ta sẽlàm cho APS thay đổi dẫn đến độ trượt s cũng sẽ thay đổi Ta có đặc tínhđiều chỉnh như sau:

Hình 1.8: Đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh công suất trượt

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

II. Phương pháp điều chỉnh điện áp stator

1. Nguyên lý:

Từ phương trình đặc tính của động cơ :

Ta nhận thấy khi thay đổi điện áp nguồn cấp cho động cơ ơ, thìmomen của động cơ cũng thay đổi theo Từ đó, tốc độ làm việc của động

cơ sẽ chuyển sang chế độ xác lập khác

R2’_ điện trở ro to qui đổi về stato

R^ _ điện trở tác dụng của mạch từ hoá

XM _ điện kháng ngắn mạch của mạch từ hoá

Từ (1.2) ta thấy:

Khi Củ = 0 thì 5 = 1, /ị = ĩlnm : dòng ngắn mạch

( 1.2)

Để tìm phương trình đặc tính cơ của động cơ ta dựa vào điều kiện

cân bằng công suất trong động cơ

Công suất điện chuyển từ stato sang roto

P\2 = COị Trong đó: Mđị là momen điện từ của động cơ, nếu bỏ qua các tổn

thất phụ thì:

Công suất p 12 chia thành hai thành phần:

- Pcơ: công suất cơ đưa ra trên trục động cơ

- AP2: công suất tổn hao đồng trong roto P\2 ~ Pcơ +

hay: MbA=MuÁ+AP2

do đó: AP2 = M(COX -CỞ)=

MCỚ.S

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Hình 1.9: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

Có thể xác định các điểm cực trị của đường cong này bằng cách giải

phương trình vi phân —- = 0 ta sẽ đươc tri sô" của M và s tai điểm cưc tri ký

(1.10)

(1.11)

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Ta thấy phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ có thểbiểu diễn thuận tiện hơn bằng cách lập tỉ sô" giữa hai phương trình (1.9) vàphương trình (1.11) Sau khi biến đổi ta sẽ được phương trình đặc tính cơnhư sau:

Đôi với các động cơ công suẩt lớn thường Rj rất nhỏ so với xnm, lúc này có thể bỏ qua R Ị , nghĩa là coi R/ = 0 và phương trình đặc tính cơ có

dạng gần đúng:

3. Phương pháp tính toán các thông sô" khi thay đổi điện áp:

a. Xác định điện áp câ"p vào stator của động cơ từ bộ điều áp:

Để xác định điện áp câ"p vào stator của động cơ thông qua bộ điều

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Từ các thông sô" của động cơ đã có như cos(pđm, cosỌkđ, coscpo ta xác

định các góc (p ứng với các chế độ của động cơ Dựa vào bảng quan hệV2 = f(a,(p) ta sẽ xác định được điện áp cấp vào stator của động cơ Ui(Dtheo góc mở OL

Từ a và (p ta tra được V2, từ đó suy ra V và xác định được U]

Đô"i với bộ điều áp ba pha tải đâu sao không có dây trung tính ta có

bảng quan hệ v2 = f(a,(p) như hình vẽ sau:

Hình 1.10: Quan hệ V =f(a,(p)

b. Xác định các thông sô" khi thay đổi điện áp :

Như ta đã biết, khi thay đổi điện áp thì mo men cũng sẽ thay đổitheo tỷ lệ với bình phương lần sự thay đổi của điện áp Do đó, ta có thểxây dựng được các công thức xác định momen tới hạn và momen ngắnmạch của đường đặc tính nhân tạo thứ i nào đó

Ta đã có các sô" liệu của đường đặc tính tự nhiên :

U(jm Ị Mthđm Ị Mnniđm

Với đường đặc tính thứ i có điện áp là Uj ta sẽ tính được:

M,u =(jT)MlUm

u2 Mnmi=(f-ỉr)Mnmdm

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CÁC THÔNG sớ CỦA ĐỘNG cơ

I. Tính toán các thông sô" định mức của động cơ:

Để có được các thông sô" của động cơ ở chế độ định mức ta dựa vàocác sô liệu cơ bản của động cơ sau :

1 p

3. Momen tới hạn của động cơ:

Theo sô liệu động cơ ta có bội sô momen cực đại X = 3,3 do đó :

Mth — X.Mđm

Mth = 3,3 X 376,7 = 1233,21 NmVậy :Mth = 1233,21 Nm

4. Momen ngắn mạch

Để xác định momen ngắn mạch ta dựa vào hệ sô momen ngắn mạch

KM = 2,4 Mnm — Kjy[.Mdm

Mnm = 2,4 X 376,7 = 896,9 Nm

_|_

V)Trong đó:

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

2. Các đặc tính nhân tạo của động cơ:

Theo yêu cầu thiết kế là điều chỉnh điện áp vào động cơ để điềuchỉnh tốc độ của động cơ trong điều kiện tần sô" không đổi Như vậy, taphải xây dựng được các đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện áp Ta sẽ xâydựng các đặc tính có điện áp nhỏ hơn điện áp định mức, cụ thể là ta sẽ xâydựng các đặc tính ứng với điện áp bằng 0,4Uđm; 0,6Uđm; 0,8Udm

Theo đơn vị tương đôi, lây Mđm udm làm đơn vị cơ sở ta sẽ có:

^1 thđm — 3,3

M nrn = 2,4

Khi điện áp lưới suy giảm thì mô men tới hạn, mô men ngắn mạch sẽgiảm đi bình phương lần Do đó, ta có thể tính được các thông sô" của động

cơ ứng với các điện áp :

+ Với Ư! = 0,8Uđm

Suy ra: U*1 = 0,8

M thi = 0,82 M thđm

= 2,112M*nm1 = 0,82M*nmđm

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Suy ra: U*1 = 0,6

M th2 - 0,62 M thđm

= 1,188

M nm2 — 0,6 M nmđm

= 0,896+ Với Ư3 = 0,4ưđm

Suy ra: U*1 = 0,4

Như vậy ta thấy khi điện áp lưới suy giảm dẫn theo mômen tới hạn

sẽ giảm bình phương lần độ giảm điện áp, trong khi đó tốc độ đồng bộ giữnguyên và độ trược tới hạn không thay đổi Họ đặc tính cơ này chỉ thíchhợp với loại phụ tải bơm, quạt gió, không thích hợp với tải không đổi

Ngoài ra, đôi với động cơ công suất lớn làm việc với phụ tải bơmhoặc quạt gió, người ta dùng phương pháp tăng dần điện áp đặt vào động

cơ để hạn chế dòng điện mỏ máy

3. Xác định đường đặc tính cơ của tải:

Như ta đã nêu ở phần trước, với phương pháp điều chỉnh động cơ

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Ta dựng được đường đặc tính cơ như trên hình 2.1 và xác định đượccác tốc độ làm việc của động cơ ứng với các giá trị điện áp khác nhau

Với: V = 1 co = 96,3rad/s

v = 0,8 co = 87,65 rad/s

v = 0,6 co = 79,8rad/sco,s

A nm

III. Xác định điện áp khởi động của động cơ:

Phương pháp dùng bộ điều chỉnh pha có ưu điểm lớn nhất là dùng đểkhởi động động cơ động cơ không đồng bộ với dòng khởi động rất nhỏbằng cách hạ điện áp khi khởi động Nhược điểm của nó là momen khởiđộng nhỏ nhưng đôi với tải mà ta đã xác định (tải quạt gió có momen khởiđộng không đáng kể) thì nhược điểm này coi như không có gì trở ngại

1. Dòng điện khởi động trực tiếp của động cơ:

Ta có thể tính gần đúng dòng điện khởi động của động cơ theo côngthức sau:

Knm I

I dm Knm 40

9Vậy dòng điện khởi động trực tiếp gấp 5 lần dòng định mức

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

2. Điện áp khởi động :

Dòng khởi động trực tiếp của động cơ là khá lớn, có thể gây ranhững tác động không tốt đôi vđi động cơ như phát nhiệt lớn, lực điệnđộng tác động lên các dây quấn lớn Do đó, ta sẽ điều chỉnh điện áp đểdòng điện khởi động chỉ cỡ 2 lần dòng định mức có nghĩa là dòng khởiđộng mới bằng 0,4 lần dòng khởi động tự nhiên Để làm được điều này taphải giảm điện áp xuông chỉ còn bằng 0,4 điện áp định mức

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

CHƯƠNG III LẬP Sơ ĐỒ VÀ TÍNH TOÁN BỘ ĐIÊU CHỈNH PHA.

Với phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng bộđiều chỉnh pha, điện áp lưới trước khi đưa vào động cơ sẽ được đưa qua bộđiều chỉnh pha (hay còn gọi là bộ điều áp xoay chiều) Bộ điều chỉnh phalại làm việc với một tín hiệu điều khiển uđk Khi thay đổi tín hiệu Uđk này

ta sẽ làm thay đổi điện áp đặt vào stator (U 1(1))

nó chỉ có thể làm việc được trong một nửa chu kỳ của điện áp Do đó,người ta mắc 2 Tiristor song song ngược để có thể làm việc được trong cảchu kỳ Lúc này, để thay đổi điện áp ra ta chỉ cần tác động lên điện ápđiều khiển nghĩa là làm thay đổi góc mở a của Tiristor thì điện áp ra sẽ

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Để thấy rõ sự làm việc của điều áp một pha ta có dạng đường congđiện áp ra khi tải là điện trở như hình dưới đây

t

Hình 3.2: Đường cong điện áp ra khi tải trở

Như trên hình 3.2 ta có thể thấy rõ nguyên lý làm việc của bộ điều

áp một pha Trong thời gian chưa phát lệnh mở Tiristor (từ thời điểm banđầu đến thời điểm a), điện áp ra bằng 0 Trong nửa chu kỳ dương của điện

áp nguồn, khi có lệnh mở Tiristor , Tiritor T| sẽ dẫn cho đến cuối bán kỳvới điện áp ra bằng điện áp nguồn Còn Tiristor sẽ dẫn dòng ở bán kỳ cònlại khi có lệnh mở Tiristor

Đôi với trường hợp tải cảm, các Tiristor sẽ dẫn dòng từ khi có lệnh

mở và vượt qua cuối bán kỳ một đoạn (p do tính chất của tải điện cảm(trong điều kiện điện áp dương Anod)

Người ta cũng có thể sử dụng Triac để thay thế cho cặp Tiristor mắcsong song ngược với chất lượng điện áp ra tốt hơn Nhưng hiện tại châtlượng Triac chưa thật cao và việc sử dụng cặp Tiristor mắc song song

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

ngược vẫn là phô biến Do đó trong phần đồ án này sẽ không đề cập đếnđiều áp bằng Triac

II. Điều áp ba pha:

l. Các bộ điều áp 3 pha:

sao không dây trung tính (hình a); sơ đô

b); sơ đồ tải đấu tam giác

ABC

tái đâu sao có dây trung tính (hình

ABC

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Đôi với sơ đồ tải đấu sao có dây trung tính, thực chất đây là 3 sơ đồđiều áp 1 pha dịch pha 120°, không có dòng điện chạy giữa các pha vớinhau Sơ đồ này chỉ phù hợp với tải có 4 đầu dây ra

Hai sơ đồ tải đấu sao không có dây trung tính và sơ đồ tải đấu sao thìdòng điện sẽ là dòng chạy giữa các pha với nhau, tuỳ từng thời điểm mà

có thể có dòng trong cả 3 pha hoặc 2 pha Đốì với hai sơ đồ này thì tuỳthuộc vào loại tải đấu sao hay tam giác mà chọn cho phù hợp

Trong trường hợp tải là động cơ, 3 cuộn dây stato đấu sao, ta chọn sơ

đồ tải đấu sao không có dây trung tính và tiến hành với tính toán các thông

sô cần thiết với sơ đồ này

2. Hoạt động của bộ điều áp 3 pha:

- Nêu cả 3 pha cùng có van dẫn, trung tính giả sẽ trở thành trungtính thật, điện áp ra ƯA1 = ƯA

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

- Khi chỉ hai pha có van dẫn, trong đó có van của pha A, điện áp ra

UA, = 1/2ƯAB = 1/2ƯAC

- Khi chỉ có hai van dẫn, trong đó pha đang xét không dẫn (pha A),điện áp ra ƯA1 = 0

Với nguyên tắc đó, ta sẽ biểu diễn hoạt động của sơ đồ thông quađiện áp pha A với các giả định : a = 60°, cp = 30°, xung phát cho các

Hình 3.5: Đường cong điện áp ra của một pha

Trong khoảng 2-3 : TI,T4,T5 dẫn UAI = UA

3- 4 : T|, T4 dẫn ƯA1 = 1/2ƯAB4- 5: T],T4,T6 dẫn UA, = ƯA5- 6 : TI,T6 dẫn UA, = 1/2ƯAC6- 7 : T|,T3,T6 dẫn ƯA, = ƯA7- 8 : T|,T2 khoá UA| =0

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Nửa bán kỳ thì sau ngược lại với T3, T6 thay cho T4, T5 Như vậy,thông qua điện áp của pha A, ta có thể thấy rõ sự phụ thuộc vào tải và góc

mở a của điện áp ra của bộ điều áp

III. Tính chọn mạch động lực

1. Chọn sơ đồ mạch động lực

Như đã phân tích ở phần trước, sơ đồ điều chỉnh pha dùng hai

Tiristor mắc song song ngược tải đấu sao không dây trung tính là thích hợpnhất Do đó ta chọn sơ đồ này để tính toán và làm mạch động lực để điềukhiển tốc độ động cơ

Hình 3.6: Sơ đồ động lực của bộ điều chỉnh pha.

2. Tính chọn Tiristor của mạch động lực.

Để chọn Tiristor ta phải dựa vào các yếu tô" cơ bản như điện áp,dòng điện, điều kiện toả nhiệt của van bán dẫn Theo các yêu cầu của tải

ta có thể chọn Tiristor như sau:

a.Chọn theo dòng điện và điều kiện làm mát:

Độ sụt áp trên van AU = 2,2 V

- Tôc độ biên thiên điện áp du/dt = 200 V/

Dòng điện hiệu dụng của động cơ:

IHD = 81 A

Do có hai Tiristor làm việc song song nên dòng điện làm việc củamỗi Tiristor được tính như sau :

Iiv= =^=y=40,5,4Dòng điện định mức của Tiristor cần chọn là Iđmv = KỊ.IIV Trong đó

KT là hệ sô" dự trữ về dòng, phụ thuộc vào điều kiện làm mát của van Ởđây, để làm mát cho Tiristor ta dùng cánh tản nhiệt có đủ diện tích bề mặtkhông sử dụng quạt thông gió làm mát cưỡng bức Do đó, ta chọn hệ sô"

KỊ = 3,2 Lúc này dòng điện định mức của van cần chọn là :

Iđmv = Ki.I,v = 3,2 X 40,5 = 129,6 AVậy : Iđmv = 129,6 A

Vậy : udmv = 976,32 V

3. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực : a.Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ :

Hình 3.7 : Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

b Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn :

Khi van bán dẫn làm việc có dòng điện chạy qua, trên van có tổnhao công suất ÀP dưới dạng nhiệt Nhiệt sinh ra đốt nóng van bán dẫn, nếunhiệt độ này lớn hơn nhiệt độ cho phép thì van bán dẫn có thể bị phá hỏnghoặc làm việc không tin cậy Để van có thể làm việc được an toàn thì taphải tìm cách toả nhiệt cho van Đôi với Tiristor trong trường hợp củamạch này ta chọn tản nhiệt bằng cánh tản nhiệt có đủ diện tích bề mặt.Tính toán cánh tản nhiệt:

Tổn thất công suất trên 1 Tiristor:

AP = AU.Iiv = 2,2 X 40,5 = 89,1 w

Trong đó: T - độ chênh nhiệt so với môi trường

Km - hệ sô" trao đổi nhiệt bằng đôi lưu và bức xạ

Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 40 °c Nhiệt độ làm việc trên cánhtản nhiệt T|V = 80°c

T = T,v - Tmt = 80 - 40 = 40°c

Chọn: K„,=S(w/m;«c)

Vây : s, = —= 0,2784m2

8.40Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thước mỗi cánh là 10x12

2

Tổng diện tích cánh tản nhiệt:

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

Dây chảy (cầu chảy) được sử dụng để bảo vệ ngắn mạch cácTiristor Chọn loại cầu chảy có dòng định mức:

Iđmcc =1,1I|V= 1,1 x40,5 =44,55 A

Chọn loại cầu chảy tác động nhanh có dòng định mức 50A

d Bảo vệ điện áp cho van :

Để bảo vệ điện áp do quá trình đóng cắt tiristor được thực hiệnbằng cách mắt R - c song song với tiristor Khi có sự chuyển mạch van,các điện tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điệnngược trong một khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh chóng của

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ MẠCH ĐIÊU KHIÊN TIRISTOR

I. Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển

Điều khiển Tiristor trong mạch điều áp hiện nay thường dùng làtheo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính Nội dung của phương pháp nàynhư sau :

Khi điện áp xoay chiều hình sin được đặt vào Anot của tiristor , để

có thể điều khiển được góc mở a của Tiristor trong vùng điện áp dươngAnot ta cần tạo ra một điện áp tựa dạng tam giác gọi là điện áp răng cưa Điện áp tựa cần có trong vùng điện áp dương Anot

Để điều khiển được góc mở a của Tiristor ta dùng một điện ápđiều khiển uđk so sánh với điện áp tựa Tại thời điểm Uđk=Urc thì phátxung điều khiển Tiristor được mở từ thời điểm phát xung đến cuối bán kỳ( hoặc tới khi dòng qua Tiristor bằng không )

Mạch điều khiển Tiristor thường có các khâu cơ bản sau:

-Khâu đồng pha: (ĐF) nhằm tạo ra điện áp răng cưa tuyến tính cópha trùng với pha điện áp Anôt của Tiristor

- Khâu so sánh (SS): khâu này có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựavđi điện áp điều khiển, tìm thời điểm 2 điện áp này bằng nhau và tại thờiđiểm đó phát xung đầu ra để chuyển sang tầng khuếch đại

- Khâu tạo xung - khuếch đại (TX-KĐ): có nhiệm vụ tạo xung phùhợp để mở Tiristor Xung này phải đảm bảo các yêu cầu như: sườn trước

có dốc thẳng đứng đảm bảo Tirristor mở tức thời khi có xung điều khiển;

đủ công suất; xung điều khiển có biên độ, độ rộng xung đủ để mở Tirristormột cách tin cậy trong mọi chế độ làm việc của tải trong toàn dải điều

Đồ án tốt nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội

vào tầng khuếch đại ta đưa thêm một cổng VÀ (&), với tín hiệu vào nhận

từ khâu so sánh và tự bộ phát xung chùm

Hình 4.1: Sơ đồ các khâu cơ bản của mạch điều khiển

Như vậy, thiết kê mạch điều khiển cũng đồng nghĩa với việc tínhchọn các khâu cơ bản của sơ đồ trên Sau đây ta sẽ đi sâu vào 3 khâu cơbản đó

Il.Chọn các khâu cơ bản