tài liệu động cơ điện

Phần I: I TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH KHÁI NIỆM CHUNG: Đònh nghóa: Điều chỉnh tốc độ động dùng biện pháp nhân tạo để thay đổi thông số nguồn điện áp hay thông số mạch điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ tạo đặc tính để có tốc độ làm việc phù hợp với yêu cầu Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ: − Biến đổi thông số phận khí tức biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động đến cấu máy sản suất − Biến đổi tốc độ góc động điện Phương pháp làm giảm tính phức tạp cấu cải thiện đặc tính điều chỉnh Vì vậy, ta khảo sát điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai Ngoài cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với tự động thay đổi tốc độ phụ tải thay đổi động điện Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động điện chiều có nhiều ưu việt so với loại động khác Không có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao dãy điều chỉnh tốc độ rộng Các tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ: Khi điều chỉnh tốc độ hệ thống truyền động điện ta cần ý vào tiêu sau để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện: a) Hướng điều chỉnh tốc độ: Hướng điều chỉnh tốc độ ta điều chỉnh để có tốc độ lớn hay bé so với tốc độ tốc độ làm việc động điện đường đặc tính tự nhiên b) Phạm vi điều chỉnh tốc độ (Dãy điều chỉnh): Phạm vi điều chỉnh tốc độ D tỉ số tốc độ lớn n max tốc độ bé nmin mà người ta điều chỉnh giá trò phụ tải đònh mức: D = nmax/nmin Trong đó: - nmax: giới hạn độ bền học - nmin: giới hạn phạm vi cho phép động cơ, thông thường người ta chọn nmin làm đơn vò Phạm vi điều chỉnh lớn tốt phụ thuộc vào yêu cầu hệ thống, khả phương pháp điều chỉnh c) Độ cứng đặc tính điều chỉnh tốc độ: Độ cứng: β = ∆M/∆n Khi β lớn tức ∆M lớn ∆n nhỏ nghóa độ ổn đònh tốc độ lớn phụ tải thay đổi nhiều Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt phương pháp mà giữ nguyên nâng cao độ cứng đường đặc tính Hay nói cách khác β lớn tốt d) Độ phẳng hay độ liên tục điều chỉnh tốc độ: Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục điều chỉnh tốc độ γ đánh giá tỉ số hai cấp tốc độ kề nhau: γ = ni/ni+1 đó: - ni: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ i - ni + 1: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ ( i + ) Với ni ni + lấy giá trò mômen γ tiến gần tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ liên tục Lúc hai cấp tốc độ nhau, nhảy cấp hay gọi điều chỉnh tốc độ vô cấp γ ≠ : Hệ thống điều chỉnh có cấp e) Tổn thất lượng điều chỉnh tốc độ: Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao hệ thống có hiệu suất làm việc động η cao tổn hao lượng ∆Pphụ mức thấp f) Tính kinh tế hệ thống điều chỉnh tốc độ: Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao hệ thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa yêu cầu kỹ thuật hệ thống Đồng thời hệ thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bò phổ thông thiết bò máy móc lắp ráp lẫn cho II ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN: Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: Khi nguồn điện chiều có công suất vô lớn điện áp không đổi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc động gọi động kích từ song song CKT Rf E RKT RKT CKT IKT E Rf IKT UKT I Sơ đồ nối dây động kích từ song song Sơ đồ nối dây động kích từ độc lập Khi nguồn điện chiều có công suất không đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập với nhau, lúc động gọi động kích từ độc lập a) Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng sau: = + (Rư + Rt)Iư (1-1) đó: _ điện áp phần ứng.(V) _ sức điện động phần ứng.(V) Rư _ điện trở mạch phần ứng.( Ω ) Rt _ điện trở phụ mạch phần ứng.( Ω ) Iư _ dòng điện mạch phần ứng.(A) Với Rư = rư + rcf + ri + rct rư _ điện trở cuộn dây phần ứng rcf _ điện trở cuộn cực từ phụ rb _ điện trở cuộn bù rct _ điện trở tiếp xúc chổi điện Sức điện động phần ứng động xác đònh theo biểu thức: = đó: pN Φω = KΦω 2πa (1-2) p _ số đôi cực từ chính, N _ số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a _ số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng, Φ _ từ thông kích từ cực từ, Wb ω _ tốc độ góc, rad/s pN _ hệ số cấu tạo động 2πa Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vong/phút) K= E = K c Φn 2πn n ω= = 60 9.55 Vì Kc = = pN Φn 60a pN : Hệ số sức điện động động cơ, 60a (1-3) K = 0.105K 9.55 Từ ta có: U R + Rf ω= − × Iư KΦ KΦ phương trình đặc tính điện động Mặt khác mômen điện từ Mđt động xác đònh bởi: Mđt = K Φ Iư Kc = (1-4) (1-5) M đt KΦ thay giá trò Iư vào (1-4) ta được: suy Iư = ω= Rư + Rf − M đt KΦ ( KΦ ) (1-6) Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép mômen trục động mômen điện từ, ta ký hiệu M Nghóa Mđt = Mcơ = M ω= Rư + Rf − M KΦ ( KΦ ) (1-7) Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Giả thiết phần ứng bù đủ, từ thông động Φ = const , phương trình đặc tính điện (1-4) phương trình đặc tính (1-7) tuyến tính Đồ thò chúng biểu diễn hình đường thẳng ω ω ωo ωđm ωo ωđm Iâm Inm I Đặc tính điện động điện chiều kích từ độc lập Mâm Mnm Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Theo đồ thò trên, Iư = M = ta có: M = ωo (1-8) KΦ ωo gọi tốc độ không tải lý tưởng động Còn ωo = ta có: U Iư = = I nm (1-9) Rư + Rf ω= M = KΦI nm = M nm (1-10) Inm , Mnm gọi dòng điện ngắn mạch mômen ngắn mạch Mặt khác, phương trình đặc tính (1-4), (1-7) viết dạng: U R ω= − I = ωo − ∆ω (1-11) KΦ KΦ ω= R − M = ωo − ∆ω KΦ ( KΦ ) đó: R = R + R f ωo = (1-12) KΦ R R I = M KΦ ( KΦ ) ∆ω gọi độ sụt tốc độ ứng với giá trò M Ta biểu diễn đặc tính điện đặc tính hệ đơn vò tương đối, với điều kiện từ thông đònh mức ( Φ = Φ đm ) , ∆ω = ( R cb = ω∗ = ω ∗ I M R ,I = , M∗ = , R∗ = ωo I đm M đm R cb U đm gọi điện trở bản) I đm Từ (1-4), (1-7) ta viết đặc tính điện đặc tính đơn vò tương đối: (1-13) ω∗ = − R ∗ I ∗ ∗ ∗ ∗ (1-14) ω = 1− R M Xét ảnh hưởng tham số đến đặc tính cơ: Từ phương trình đặc tính (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: từ thông động Φ , điện áp phần ứng điện trở phần ứng động Ta xét ảnh hưởng tham số a) Ảnh hưởng điện trở phần ứng: Giả thiết = m = const Φ = Φ đm = const Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R t vào mạch phần ứng Trong trường hợp tốc độ không tải lý tưởng: ωo = U đm = const KΦ đm ( KΦ đm ) = var ∆M β= =− ∆ω Rư + Rf Độ cứng đặc tính cơ: Khi Rt lớn, β nhỏ nghóa đặc tính dốc Ứng với Rf = ta có đặc tính tự nhiên: β TN = − ( KΦ đm ) (1-17) Rư βTN có giá trò lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng tất đường đặc tính có điện trở phụ Như thay đổi điện trở phụ Rf ta họ đặc tính biến trở có dạng hình vẽ ω ωo TN(Rn) Rf Rf Rf Mc M Rf Hình vẽ: Các đặc tính động chiều kích từ độc lập thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Ứng với phụ tải Mc đó, Rf lớn tốc độ giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch mômen ngắn mạch giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ b) Ảnh hưởng điện áp phần ứng: Giả thiết từ thông Φ = Φ đm = const , điện trở phần ứng Rư = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với m , ta có: Ux = var KΦ đm Tốc độ không tải: ωox = Độ cứng đặc tính cơ: ( KΦ đm ) β=− Rư = const Như thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động ta họ đặc tính song song với đặc tính tự nhiên ω ωo TN m ω01 U1 U2 ω02 U3 ω03 ω04 U4 Mc M(I) Hình vẽ: Các đặc tính động chiều kích từ độc lập giảm áp đặt vào phần ứng động Ta thấy thay đổi điện áp (giảm áp) mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch động giảm tốc độ giảm ứng với phụ tải đònh Do phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động c) Ảnh hưởng từ thông: Giả thiết điện áp phần ứng U = m =const Điện trở phần ứng Rư = const Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động Trong trường hợp này: U đm = var KΦ x Tốc độ không tải: ωox = Độ cứng đặc tính cơ: ( KΦ x ) β=− Rư = var Do cấu tạo động điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên từ thông giảm ωox tăng, β giảm Ta có họ đặc tính với ωox tăng dần độ đặc tính giảm dần giảm từ thông Ta nhận thấy thay đổi từ thông: I nm = Dòng điện ngắn mạch: U đm = const Rư M nm = KΦ x I nm = var Mômen ngắn mạch: Các đặc tính điện đặc tính động giảm từ thông biểu diễn hình vẽ: ω ω ω02 ω02 ω01 Φ ω0 Φ1 Φ đm Φ2 ω01 ω0 TN Φ1 Mc Inm I Φ đm , TN Mnm2 Mnm1 Mnm M Hình vẽ: Đặc tính điện đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc động giảm từ thông tốc độ động tăng lên III − − − − − TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH: Động điện chiều có nhiều ưu điểm so với động khác, có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch điều khiển đơn giản Để điều chỉnh tốc độ động điện chiều thực tế có phương pháp: Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động Đối với máy điện nhiều giữ từ thông không đổi điều chỉnh điện áp phần ứng mômen thay đổi Do đó tốc độ thay đổi Để điều chỉnh điện áp phần ứng ta phải dùng nguồn điện áp máy phát chiều, biến đổi van hay khuếch đại từ Bộ biến đổi BD dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều lưới thành dòng chiều điều chỉnh giá trò suất điện động E b theo yêu cầu tiêu kó thuật lượng, phương pháp điều áp đánh giá tốt Trước hết phương pháp điều chỉnh triệt để, nghóa điều chỉnh tốc độ vùng tải nào, kể không tải lý tưởng Phương pháp đảm bảo sai số tốc độ nhỏ, khả tải lớn, dải điều chỉnh rộng tổn lượng − Mặt khác, phần tử điều chỉnh đặt mạch điều khiển biến đổi mạch có công suất nhỏ nên tính điều khiển cao, thao tác nhẹ nhàng có khả cải thiện hệ thành tự động vòng kín − Nhược điểm lớn phương pháp điều áp phải dùng biến đổi điều khiển phức tạp nên vốn đầu tư cao vận hành phí cao − Tuy nhiên, nhờ ưu điểm nêu, phương pháp tạo cho máy sản xuất suất cao, đồng thời tổn thất lượng nên thời gian hoàn vốn nhanh Do phương pháp điều áp sử dụng rộng rãi, đem lại cho động chiều vò trí quan trọng thực tế mà máy điện xoay chiều khó cạnh tranh − Cấu trúc mạch động lực hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động điện chiều cần có biến đổi Các biến đổi cấp cho phần ứng động mạch kích từ động Hiện nay, công nghiệp sử dụng biến đổi chính: − Bộ biến đổi máy điện gồm: động sơ cấp kéo máy phát chiều máy điện khuếch đại (KĐM) − Bộ biến đổi điện từ: khuếch đại từ (KĐT) − Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : chỉnh lưu Tiristor (CLT) − Bộ biến đổi xung áp chiều: Tiristor Transitor (BBĐXA) Tương ứng với việc sử dụng biến đổi mà ta có hệ truyền động như: − Hệ truyền động máy phát – động (F – Đ) − Hệ truyền động máy điện khuếch đại – động (MĐKĐ – Đ) − Hệ truyền động khuếch đại từ – động (KĐT – ĐC) − Hệ truyền động chỉnh lưu Tiristor – động (T – Đ) − Hệ truyền động xung áp – động (XA – ĐC) Theo cấu trúc mạch điều khiển hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động chiều có loại điều khiển theo mạch (ta có hệ truyền động điều chỉnh tự động) loại điều khiển mạch hở (hệ truyền động điều khiển “hở”) Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có cấu trúc phức tạp, có chất lượng điều chỉnh cao dải điều chỉnh rộng so với hệ truyền động “hở” Ngoài hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động chiều phân loại theo truyền động có đảo chiều quay không đảo chiều quay Đồng thời tùy thuộc vào phương pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc góc phần tư, hai góc phần tư bốn góc phần tư Trong phần này, nghiên cứu tính chất tổng quát, tính chất riêng hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động chiều Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng: Để điều chỉnh điện áp phần ứng động chiều cần có thiết bò nguồn máy phát điện chiều kích từ độc lập, chỉnh lưu điều khiển v.v Các thiết bò nguồn có chức biến lượng điện xoay chiều thành chiều có sức điện động Eb điều chỉnh nhờ tín hiệu điều khiển k Vì nguồn có công suất hữu hạn so với động nên biến đổi có điện trở Rb điện cảm Lc khác không ~ k Rb LK BBÂ Â Eb(k) u Rỉâ Hình: Sơ đồ khối sơ đồ thay chế độ xác lập Ở chế độ xác lập viết phương trình đặc tính hệ thống sau: Eb – = Iư(Rb + Rưđ) ω= Eb R + R ưđ − b I K.Φđm K.Φđm ω = ωo ( U đk ) − M β Vì từ thông động giữ không đổi nên độ cứng đặc tính không đổi, tốc độ không tải lý tưởng tùy thuộc vào giá trò điện áp điều khiển k hệ thống, nói phương pháp điều chỉnh triệt để Để xác đònh giải điều chỉnh tốc độ ta để ý tốc độ lớn hệ thống bò chặn đặc tính bản, đặc tính ứng với điện áp phần ứng đònh mức từ thông giữ giá trò đònh mức Tốc độ nhỏ dải điều chỉnh bò giới hạn yêu cầu sai số tốc độ mômen khởi động Khi mômen tải đònh mức giá trò lớn nhỏ tốc độ là: M ωmax = ωo max − đm β ωmin = ωo − M đm β Để thỏa mãn khả tải đặc tính thấp dải điều chỉnh phải có mômen ngắn mạch là: * Dây quấn thứ cấp: Giữa dây quấn sơ cấp thứ cấp để khoảng cách 8mm Dây quấn thứ cấp gồm 100 vòng chia thành lớp (3 * 30 + 10) lớp đặt tờ giấy cách điện dày 0.1mm − Bề dày dây quấn thứ cấp: e = × 2.5 + 0.4 = 16 (mm) − Bán kính trung bình dây quấn thứ cấp: 74 + 11.72 + + = 101.72 (mm) − Điện trở dây quấn nhiệt độ 75 o C là: r2 = 8.11× 10 −4 × 61.53(1 + 0.00475) = 0.05(Ω) − Chiều dài dây quấn thứ cấp: l = 2π × 101.72 × 10 −3 × 50 = 31.94 m − Điện kháng pha: e + e2 r (a + )ω × 10 −7 h 36 11.72 + 16 −3 = × 3.14 × 50 (8 + )10 × 314 × 10 −7 = 0.02(Ω) 236 x = 8π n 22 đó: r: bán kính trung bình cuộn dây r = e1 + e2 + = 11.72 + 16 + = 31.72 (mm) h: chiều cao dây quấn h = 236 mm ω : tần số góc, a= 0.008 − Điện áp rơi điện kháng: 3XI d × 0.094 × 150.72 ∆U α = = = 13.53 (V) π 3.14159 − Điện áp rơi điện trở: 2    n2    50   ∆U r =  r2 + r1    I d = 0.05 + 0.262   × 150.72 = 10.3 (V)  188     n1    − Điện áp chỉnh lưu đầy tải: U d = U − ∆U α − ∆U r = 236.8 − 13.53 − 10.3 = 212.97 (V) Tính chọn cuộn kháng san dòng tải: − Cuộn kháng san dòng tải mắc nối tiếp với động nhằm mục đích giảm độ nhấp nhô dòng điện chỉnh lưu để động làm việc tốt hơn, giảm tổn thất phụ động − Thành phần sóng bậc cao dòng chỉnh lưu không vượt 5% dòng tải 150.72 I d~ ≤ × = 7.536(A) 100 giá trò cuộn kháng phải chọn cho đảm bảo điều kiện lúc động làm việc giá trò đònh mức góc mở α = dòng tải lớn nhất, thành phần xoay chiều điện tải lớn − Khai triển Furier điện áp chỉnh lưu: ud =  cos 6θ  U 1 +  π 35   Pt mạch tải lúc làm việc: − U d = E + RI d + Ri d ~ + L di d ~ dt = U d + U d~ Cân thành phần chiều xoay chiều: Ud = E + RId − U d ~ = Ri d ~ + L thực tế Ri d ~ U d~ = L di d ~ dt di ~ Giá trò hiệu dụng thành phần sóng hài là: − Iδ = 18 U2 35πωL theo điều kiện ràng buộc ⇒ I δ ≤ 7.536 (A) 18 6U ≤ 7.536 35πωL 18 6U = 10.92 × 10 − ( H ) = 1.1( mH ) × 35πω × 7.536 L: tổng giá trò điện cảm cuộn kháng san điện cảm phụ tải động Lpt L = Lsb + Lpt ⇒L≥ L pt = L u = γ với U dm P.ω dm I dm Trong đó: γ : hệ số phụ thuộc kiểu động cơ, ta chọn động dạng có bù γ = 0.25 p : số đôi cực tư,ø p = ω dm = 2.π.n 2π × 1500 = = 157( rad / s ) 60 60 0.25 × 220 = 1.06 × 10 −3 ( H ) = 1.06( mH ) × 157 × 150.72 Vậy cuộn kháng san chọn là: => L pt = Lsb = L – Lpt = 1.1 – 1.06 = 0.04 (mH) Tính chọn cuộn kháng cân Lc − Do đặc tính sơ đồ đảo dòng nối song song ngược hình cầu có dòng tuần hoàn icc lúc chảy từ G1 vào G2 , lúc chảy từ G2 vào G1 − Để hạn chế dòng tuần hoàn người ta mắc thêm cuộn điện cảm L c sơ đồ mạch lực gọi cuộn kháng cân Dòng cân đạt o o o o giá trò lớn góc mở α = 60 , α = 120 α = 120 , α = 60 − Giá trò cực đại dòng tuần hoàn I ccm = với 6U X CT XCT = 2XC + 2Xha I cc max = 0.32 I ccm I *cc max = => I cc max = 0.32 × I ccm = 0.32 3U 56.07 = X CT X CT Trong trường hợp xấu dòng i ccmax không vượt 10% giá trò dòng điện tải Tức là: 10I d 150.12 = = 15.012(A) 100 10 112.15 112.15 ≤ 15.012 ⇒ X CT ≥ = 3.73( Ω ) => 2X CT × 15.012 X 3.73 L CT = CT = = 0.01( H) ω 314 I cc max ≤ Vậy với LCT = 2LC + 2Lba => => ( L CT − 2L ba ) với L ba = X ba = 0.094 = 2.9 × 10 −4 (H) ω 314 L C = 0.01 − × 2.9 × 10 −4 = 4.97 × 10 −4 (H) LC = ( ) Tính chọn thiết bò bảo vệ: a) Công suất tổn thất làm mát: Khi Tiristor mở cho dòng chảy qua, công suất bên đốt nóng chúng Mặt ghép nơi bò nóng nhất, ta dùng kí hiệu Tj để nhiệt độ mặt ghép T jm nhiệt độ lớn cho phép T jm = 80 ÷ 100 o C − Đối với bán dẫn Ge : T jm = 150 ÷ 200 C Đối với bán dẫn Si : Tiristor nhạy với nhiệt độ Nếu làm việc nhiệt độ vượt nhiệt độ Tjm cho phép dù thời gian nhỏ phá hỏng Tiristor Vì việc tính toán nhiệt độ mặt ghép cần thiết Nhiệt độ không khí môi trường làm ảnh hưởng lớn đến làm việc an toàn Tiristor Khi không làm mát khả chòu dòng khoảng − o ( 30 ÷ 50) % dòng đònh mức Biện pháp làm mát thông dụng dùng quạt không khí bao quanh cánh tản nhiệt Đối với công suất lớn ta cho nước trực tiếp chảy qua cánh tản nhiệt ngâm thiết bò bán dẫn dầu biến b) Bảo vệ tải ngắn mạch dây chảy: Để bảo vệ Tiristor tránh bò dòng điện phá hoại, người ta thường dùng dây chảy tác động nhanh Loại dây chảy thường làm bạc đặt vỏ sứ có chứa cát thạch anh nước cất Hoạt động dòng chảy chia thành giai đoạn: − Giai đoạn chạy từ t = đến xuất hồ quang − Giai đoạn hồ quang từ thq đến tc Dòng điện chảy qua dây dẫn sinh nhiệt lượng Q = i 2Rt, có nhiều cách đặt dây chảy để bảo vệ thiết bò bán dẫn + Đặt nối tiếp với Tiristor + Đặt pha thứ cấp MBA + Đặt nối tiếp với nhóm Tiristor nối song song + Đặt đầu thiết bò biến đổi + Đặt phía sơ cấp MBA Các thông số đặt trưng cho dòng chảy điện áp đònh mức dòng điện đònh mức Không nên đặt đặt dây chảy vào điện áp cao điện áp dây chảy Dòng điện đònh mức dây chảy phải lớn dòng điện bảo vệ, không 10% Bảo vệ riêng biệt Tiristor sử dụng trường hợp Tiristor bò chọc thủng yêu cầu biến đổi tiếp tục làm việc Nếu có n Tiristor ghép song song mà Tiristor bò chọc thủng dòng tải chia cho (n-1) Tiristor lại Vậy chọn dòng đinh mức dòng tải cần lưu ý trường hợp imax imax thq tc t c) Bảo vệ điện áp cho Tiristor: Tiristor nhạy cảm với điện áp Quá điện áp chia thành nguyên nhân chính: − Nguyên nhân nội tại: tích tụ điện tích dương lớp bán dẫn Khi khoá Tiristor điện áp ngược, điện áp nói đổi ngược hành trình tạo dòng điện ngược thời gian ngắn Sự biến thiên nhanh chóng dòng điện ngược gây suất điện động cảm ứng lớn điện cảm, luôn có đường dây nguồn dẫn đến Tiristor Vì anod catod Tiristor xuất điện áp − Nguyên nhân ngoài: nguyên nhân xảy ngẫu nhiên cắt không tải MBA, có sấm sét… Để bảo vệ điện áp người ta dùng mạch RC Mạch RC nối song song với Tiristor nhằm bảo vệ điện áp tích tụ điện tích chuyển mạch gây nên Thông số mạch RC vào mức điện áp xảy tốc độ biến thiên dòng điện chuyển mạch, điện cảm đường dây, dòng điện từ hoá MBA, việc tính toán tương đối phức tạp i t URC t Theo kinh nghiệm, với sơ đồ ta chọn R = 25 Ω , C = 47µF Tuy nhiên, loại Tiristor sản xuất gần có khả chòu đựng v cao cỡ 2000 µs cho phép bảo vệ RC du dt PHẦN IV: TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN Trong thực tế, người ta dùng nguyên tắc điều khiển * Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos: Theo nguyên tắc người ta dùng điện áp − Điện áp đồng Ur vượt trướt điện áp anod – catod − Điện áp điều khiển Uc điện áp chiều điều chỉnh biên độ theo hướng âm dương Đường nét đứt điện áp anod – catod Tiristor, từ điện áp người ta tạo Ur : ur uc ur + uc Tổng đại số Ur + Uc đưa đến đầu vào khâu so sánh U c + B cos α = =>  − Uc  α = arccos   B  Người ta lấy B = Ucmax Như vậy, Uc biến thiên từ - Ucmax đến Ucmax góc α biến thiên từ ÷ Trong đồ án phần tử ta chọn vi mạch TCA 780 dựa nguyên tắc điều khiển thẳng đứng (nguyên tắc đề cập khâu so sánh phần dưới) 16 TCA 780 TCA 780 vi mạch phức hợp thực chức mạch điều khiển điện áp đồng bộ, tạo điện áp cưa đồng bộ, so sánh tạoxung Có thể mô tả hoạt động vi mạch TCA 780 giản đồ thông số chủ yếu TCA 780: − Điện áp nuôi : Us = 18 V − Dòng điện tiêu thụ : Is = 10 mA − Dòng điện : I = 50 mA − Điện áp cưa : Urmax = ( Us – 2) (V) − Điện trở mạch tạo điện áp cưa: R = 20kΩ ÷ 500kΩ U 11 = −0.5 ÷ ( U s − ) (V) − Điện áp điều khiển : I s = 200µA − Dòng điện đồng : C10 = 0.5µF − Tụ điện : f = 10 ÷ 500Hz − Tần số xung : * Nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển: Đối với tiristor mở cho dòng điện chạy qua điện áp dương đặt lên anốt có xung áp dương đặt lên cực điều khiển Sau tiristor mở xung điều khiển không tác dụng, dòng điện chạy qua tiristor thông số mạch động lực đònh * Mạch điều khiển có chức sau: -Điều chỉnh vò trí xung điều khiển phạm vi chu kỳ dương điện áp đặt lên anôt-catôt-tiristor -Tạo xung đủ điều kiện mở tiristor, xung điều khiển thường có biên độ khoảng 2÷15v độ rộng xung tx phải lớn 10µs Trường hợp tải có tính cảm tx phải lớn nhiều có tx = 500µs -Dừng phát xung có cố -Phân phối xung cho kênh điều khiển theo qui luật yêu cầu Quá trình tạo xung điều khiển phải qua khâu: -khâu tạo điện áp cưa đồng pha -khâu so sánh -khâu khuếch đại xung Khâu tạo điện áp cưa đồng pha khâu so sánh : Khâu tạo điện áp cưa đồng pha so sánh vi mạch TCA780 đảm trách TCA780 làm việc theo nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính: Theo nguyên tắc người ta dùng điện áp _Điện áp đồng Ur có dạng cưa, đồng với điện áp đặt anod – catod Tiristor _Điện áp điều khiển Uc điện áp chiều thay đổi Tổng đại số Ur + Uc đưa đến đầu vào khâu so sánh Như vậy, cách làm biến đổi Uc người ta điều khiển thời điểm xuất xung ra, tức điều khiển góc mở α us ucm -usm us ucm π α α ωt 2π Quan hệ α Uc là: α=π Uc U r max người ta lấy Ucmax = Urmax để α chạy từ ÷ 180 o u5 u10 u11 u10 u11 u15 u14 u'15 u'14 chán 12 näúi âáút SƠ ĐỒ VI MẠCH TCA780 Uc Us 16 13 TCA780 V(t) RD 11 R9 10 C10 12 15 14 C12 V(t) điện áp đồng pha Tụ điện C10 tham gia vào khâu tạo điện áp xung cưa, nạp dòng điện i từ chân số 10 dòng i điều chỉnh R (thường R9 = 20÷500kΩ) U 3.8 Dòng điện tính: i = R = R 9 U 10 = i t C10 Tại thời điểm t = to ; U10 = Uc = U11 Nhận xung chân 15 V(t) > xung chân 14 V(t) < to = (C10 U10)/I = (R9 C10 Uc ) / U8 góc mở α = ω.to góc mở α biến thiên từ 0÷180o thay đổi cách thay đổi U c R9 Tụ C12 có tác dụng khuếch đại độ rộng xung Có thể chọn C 12 từ 0÷300pF để có độ rông xung từ 30÷200µs Nếu muốn có độ rộng xung lớn ta chọn C12 có trò số lớn 300pF Us : điện áp nguồn nuôi từ chân 6,13,16 với điện áp chiều (U s = 18v) Uc : điện áp điều khiển lấy từ chân 11 có điện áp khoảng 0.5÷16v Khâu khuếch đại xung: Xung vi mạch TCA780 chưa đủ lớn để mở tiristor cần khuếch đại xung có biên độ đủ lớn để mở tiristor Khâu khuếch đại xung bao gồm: transistor, biến áp xung , diot điện trở phân cực cho transistor Sơ đồ khâu khuếch đại xung: Us D3 Rc D4 F BAX D2 Rg R3 C R2 T Dz1 R1 * Hoạt động sơ đồ: Tín hiệu vào Ve ( tín hiệu logic) lấy từ chân 14 15 TCA -Khi Ve = “1” transistor T bão hoà -Khi Ve = “0” Dz1 bò chặn lại transistor bò khoá Chức linh kiện sơ đồ: D3 : có nhiệm vụ hướng dòng cung cấp cho transistor D4 : diot ngăn chặn xung âm có tiristor khoá Rc : điện trở hạn chế dòng colectơ D2 : hạn chế điện áp cực C,E transistor Rg : điện trở hạn chế dòng điều khiển tiristor R3 : điện trở ảnh hưởng biên độ sườn xung R1 R2 : điện trở hạn chế dòng phân cực Ib transistor Giả thiết t = ;Ve =”1” T mở, điện cảm L1 biến áp xung ngăn cản không cho Ic đạt giá trò bão hoà I1 = U Rc dòng ic tăng trưởng từ từ theo luật hàm mũ U i L = ic = Rc t −  1 − e τ       L với τ = R c sau thời gian khoảng 5τ ic ≈ I1 Bên thứ cấp máy biến áp xuất xung áp R3 để mở tiristor Khi t = t1 = T1 , Ve = “0”, iL đạt tới giá trò U i L ( t1 ) = i C ( t1 ) = RC T  − 1 − e τ     = I0 〈 U  R1  T bò khoá lại , ic = L1 I sinh điện áp Nếu diot D2 lượng W = cực C E transistor Quá điện áp vượt 100v, transistor T bò phá huỷ Diot D2 loại trừ tượng điện áp nói trên, vừa U cf = Vc – Vf = 0.8v D2 mở cho dòng chảy qua, làm ngắn mạch hai điểm C F Do UCE = U+0.8 Từ t = t1 trở iL suy giảm theo luật I L = I e ' τ = L1 R' − t τ' , R’ điện trở cuộn cảm L1 Xét phần tử quan trọng khâu khuếch đại xung BAX Trong thực tế tính toán người ta thường bỏ qua điện cảm tản BAX, có sơ đồ thay sau: + R1 U L R2’ - R2’ điện trở thứ cấp qui đổi sang phía sơ cấp L điện cảm BAX Dưới dạng toán tử Laplace, tổng trở toàn mạch là: Z ( p) = ( ' ' ) R1 R + R1 + R Lp ' R + Lp ' R + Lp U I1 ( p) = ' p R1 R + R1 + R ' Lp ( i1 ( t ) = i2 ( t ) = a = R2 ( U − a.e −bt R1 U R1 + R ' ) ) e −bt ' R1 + R ' b= , u ( t ) = R i ( t ) = a.U e − bt Độ rộng xung ra: (R R1 R ' ' ' Tx = đó: ) + R2 L W SB s U max W2 số vòng dây thứ cấp BAX S diện tích lõi sắt U2max biên độ xung ran Phối hợp góc điều khiển: Điện áp đặt vào phần ứng động cơ: Trong đó: Udo = const tốc độ động phụ thuộc vào α Theo nguyên tắc điều khiển thẳng đứng, muốn thay đổi góc mở α thay đổi Udk Với Tiristor G1 G2 làm việc phối hợp ta dùng điều khiển chung Do điều kiện: α + α = 180 o với α ta có Udk1, với α ta có Udk2 Do đó, ta phải điều khiển cho U dk1+ Udk2 = const Muốn có điều đó, ta dùng mạch trừ cho: Udk2 = Uconst – Udk1 v R k1 15 R u1 k2 R u2 R Udk1 đưa vào chân 11 TCA 780 điều khiển G1 Udk2 đưa vào chân 11 TCA 780 điều khiển G2 Điều khiển tốc độ tức thay đổi góc mở α thay đổi Udk Trong trường hợp người ta dùng biến trở PHẦN IV: TÍNH CHỌN MẠCH BẢO VỆ Đối với chỉnh lưu bán dẫn, tính toán vận hành ta phải đặt biệt lưu ý đến vấn đề bảo vệ dòng điện điện áp Vì van bán dẫn có kích thước nhỏ, nhiệt dung bé mật độ dòng điện qua mặt tiếp giáp p-n lớn nên nhạy với tải dòng Hằng số thời gian phát nóng Silic van công suất lớn cỡ vài phần trăm giây Do đó, khâu bảo vệ dòng điện đòi hỏi phải có độ tác động nhanh Mặt van bán dẫn nhạy với điện áp Chỉ cần tồn điện áp ngược lớn giá trò cho phép khoảng (1 ÷ ) µs mặt tiếp giáp bò chọc thủng điện Tính chọn thiết bò bảo vệ: a) Công suất tổn thất làm mát: Khi Tiristor mở cho dòng chảy qua, công suất bên đốt nóng chúng Mặt ghép nơi bò nóng nhất, ta dùng kí hiệu Tj để nhiệt độ mặt ghép T jm nhiệt độ lớn cho phép − − Đối với bán dẫn Ge : T jm = 80 ÷ 100 o C T jm = 150 ÷ 200 C Đối với bán dẫn Si : Tiristor nhạy với nhiệt độ Nếu làm việc nhiệt độ vượt nhiệt độ Tjm cho phép dù thời gian nhỏ phá hỏng Tiristor Vì việc tính toán nhiệt độ mặt ghép cần thiết Nhiệt độ không khí môi trường làm ảnh hưởng lớn đến làm việc an toàn Tiristor Khi không làm mát khả chòu dòng khoảng ( 30 ÷ 40) % dòng đònh mức Biện pháp làm mát thông dụng dùng quạt không khí bao quanh cánh tản nhiệt Đối với công suất lớn ta cho nước trực tiếp chảy qua cánh tản nhiệt ngâm thiết bò bán dẫn dầu biến b) Bảo vệ dòng điện: Có loại dòng điện, ngắn mạch tải a Ngắn mạch: Dùng để trường hợp cố tạo dòng điện lớn ngắn mạch tải, dẫn thứ cấp MBA ( ngắn mạch bên ngoài), ngắn mạch pha chọc thủng van ( ngắn mạch bên trong), đột biến nghòch lưu b Quá tải: Xuất không gian làm việc xác lập độ Nó có giá trò không lớn cho phép tồn lâu dài Để bảo vệ Tiristor tránh bò dòng điện phá hoại, người ta thường dùng dây chảy tác động nhanh Loại dây chảy thường làm bạc đặt vỏ sứ có chứa cát thạch anh nước cất Hoạt động dòng chảy chia thành giai đoạn: − o − Giai đoạn chay từ t = đến xuất hồ quang − Giai đoạn hồ quang từ thq đến tc Dòng điện chảy qua dây dẫn sinh nhiệt lượng Q = i 2Rt, có nhiều cách đặt dây chảy để bảo vệ thiết bò bán dẫn + Đặt nối tiếp với Tiristor + Đặt pha thứ cấp MBA + Đặt nối tiếp với nhóm Tiristor nối song song + Đặt đầu thiết bò biến đổi + Đặt phía sơ cấp MBA Các thông số đặt trưng cho dòng chảy điện áp đònh mức dòng điện đònh mức Không nên đặt đặt dây chảy vào điện áp cao điện áp dây chảy Dòng điện đònh mức dây chảy phải lớn dòng điện bảo vệ, không 10% Bảo vệ riêng biệt Tiristor sử dụng trường hợp Tiristor bò chọc thủng yêu cầu biến đổi tiếp tục làm việc Nếu có n Tiristor ghép song song mà Tiristor bò chọc thủng dòng tải chia cho (n-1) Tiristor lại Vậy chọn dòng đinh mức dòng tải cần lưu ý trường hợp imax imax thq tc t Ta chọn loại dây chảy có thông số: m = 220v , Iđm = 2.5A c) Bảo vệ điện áp cho Tiristor: Tiristor nhạy cảm với điện áp Quá điện áp chia thành nguyên nhân chính: − Nguyên nhân nội tại: tích tụ điện tích dương lớp bán dẫn Khi khoá Tiristor điện áp ngược, điện áp nói đổi ngược hành trình tạo dòng điện ngược thời gian ngắn Sự biến thiên nhanh chóng dòng điện ngược gây suất điện động cảm ứng lớn điện cảm, luôn có đường dây nguồn dẫn đến Tiristor Vì anod catod Tiristor xuất điện áp − Nguyên nhân ngoài: nguyên nhân xảy ngẫu nhiên cắt không tải MBA, có sấm sét… Để bảo vệ điện áp người ta dùng mạch RC Mạch RC nối song song với Tiristor nhằm bảo vệ điện áp tích tụ điện tích chuyển mạch gây nên Thông số mạch RC vào mức điện áp xảy tốc độ biến thiên dòng điện chuyển mạch, điện cảm đường dây, dòng điện từ hoá MBA, việc tính toán tương đối phức tạp i t URC i Theo kinh nghiệm, với sơ đồ ta chọn R = 25 Ω , C = 47µF Tuy nhiên, loại Tiristor sản xuất gần có khả chòu đựng v cao cỡ 2000 µs cho phép bảo vệ RC du dt [...]... toàn dải điều chỉnh Cũng thấy rằng không nên nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng vì như vậy sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của hệ 2 Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ: Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mômen điện từ của động cơ M = KφI ư và sức điện động quay của động cơ E ư = Kφω Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng... phụ thuộc vào thông số kết cấu của máy điện: C Φ = C.i k = ek rb + rk 3 Hệ truyền động MF-DC: (F – Đ) Phần ứng của động cơ điện 1 chiều được cung cấp từ 1 máy phát điện riêng có khả năng biến đổi sức điện động trong 1 phạm vi riêng, máy phát này do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha quay và có tốc độ quay của máy phát là không đổi Ưu điểm nổi bật của hệ truyền động F – Đ là việc chuyển đổi trạng thái... trò số của suất điện động chỉnh lưu: nU EKĐT = 1 m (1 + cos α s ) 2π Việc đảo chiều quay động cơ được thực hiện bằng cách đảo chiều kích từ hoặc đổi các dấu dòng phần ứng động cơ + Ưu điểm: hệ thống này hiệu suất trung bình cao hơn hệ thống F – Đ nhưng thấp hơn T – Đ + Nhược điểm: khi dùng hệ thống để cấp điện áp cho động cơ điện 1 chiều, việc dùng hệ biến đổi khuếch đại từ có cực tính điện áp ra thay... N N T ĐM 5 Hệ truyền động T – Đ: Hiện nay người ta sử dụng rộng rãi các bộ biến đổi van điều khiển để biến năng lượng điện xoay chiều thành điện 1 chiều để cung cấp cho các động cơ điện 1 chiều Tốc độ động cơ điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu bằng cách thay đổi thời điểm thông van − Ưu điểm: ưu điểm nổi bật của hệ T – Đ là độ tác động nhanh không gây ồn và dễ tự động hóa, do các van bán... nên sức điện động E của động cơ vẫn còn giữ nguyên trò số ứng với trạng thái trước đó, E ′ > U ′d1 > bộ biến đổi G1 bò khoá lại Mặt khác, E > U′i 2 nên bộ biến đổi G2 làm việc ở chế độ nghòch lưu phụ thuộc, trả năng lượng tích luỹ trong động cơ về nguồn điện xoay chiều Dòng điện phần ứng đổi dấu, chảy từ M vào G 2 động cơ bò hãm tái sinh, tốc độ giảm xuống giá trò tương ứng với U ′d1 Nếu cho điện áp... với động cơ nhằm mục đích giảm độ nhấp nhô của dòng điện chỉnh lưu để động cơ làm việc được tốt hơn, giảm các tổn thất phụ trong động cơ − Thành phần sóng bậc cao của dòng chỉnh lưu không vượt quá 5% dòng tải 150.72 I d~ ≤ 5 × = 7.536(A) 100 giá trò cuộn kháng phải chọn sao cho đảm bảo điều kiện này lúc động cơ làm việc ở giá trò đònh mức góc mở α = 0 thì dòng tải lớn nhất, thành phần xoay chiều điện. .. Bảo vệ quá điện áp cho Tiristor: Tiristor rất nhạy cảm với quá điện áp Quá điện áp được chia thành 2 nguyên nhân chính: − Nguyên nhân nội tại: đây là sự tích tụ điện tích dương trong các lớp bán dẫn Khi khoá Tiristor bằng điện áp ngược, các điện áp nói trên đổi ngược là hành trình tạo ra dòng điện ngược trong thời gian rất ngắn Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra suất điện động cảm ứng... điều khiển điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh và tạoxung ra Có thể mô tả hoạt động của vi mạch TCA 780 bằng giản đồ thông số chủ yếu của TCA 780: − Điện áp nuôi : Us = 18 V − Dòng điện tiêu thụ : Is = 10 mA − Dòng điện ra : I = 50 mA − Điện áp răng cưa : Urmax = ( Us – 2) (V) − Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R 9 = 20kΩ ÷ 500kΩ U 11 = −0.5 ÷ ( U s − 2 ) (V) − Điện áp điều... nhiều máy điện quay trong đó ít nhất là 2 máy điện 1 chiều, gây tiếng ồn lớn, công suất lắp máy ít nhất phải gấp 3 lần công suất động cơ chấp hành Ngoài ra do máy phát 1 chiều có từ dư, đặc tính từ hóa có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ KT 4 DM F Hệ truyền động khuếch đại từ động cơ: Â A − − − − B C Sơ đồ nguyên lý Khuếch đại từ được dùng rộng rãi trong kỹ thuật để điều chỉnh dòng điện và điện áp Trong... T1 T2 T3 T4 T5 T6 T5 T6 T1 T2 T3 T4 Đồ thò điện áp ngõ ra, dòng điện cực điều khiển và dòng điện chạy qua các tiristor được trình bày như sau: ud u2b u2a 1 u2c 5 3 2Π 0 2 6 α 4 Hình 3 13 Đồ thò dạng sóng điện áp ngõ ra Tương tự như trong hệ thống chỉnh lưu ba pha hình tia – động cơ, để tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống chỉnh lưu ba pha hình cầu – động cơ ta xét góc kích α trong các trường hợp ... TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN: Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: Khi nguồn điện chiều có công suất vô lớn điện áp không đổi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc động gọi động. .. Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ: Điều chỉnh từ thông kích thích động điện chiều điều chỉnh mômen điện từ động M = KφI sức điện động quay động E = Kφω Mạch kích từ động mạch phi tuyến, hệ điều... có hệ truyền động như: − Hệ truyền động máy phát – động (F – Đ) − Hệ truyền động máy điện khuếch đại – động (MĐKĐ – Đ) − Hệ truyền động khuếch đại từ – động (KĐT – ĐC) − Hệ truyền động chỉnh lưu