Đồ án môn học Truyền động điện

Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Tính chất của máy phát điện đợc xác định bởi hai đặc tính: đặc tính từ hoá là sự phụ thuộc của điện áp trên hai cực của máy phát vào dòng điện tải. Các đặc tính này nói chung là phi tuyến do tính chất của lõi sắt do các phản ứng của dòng điện phần ứng v.v .Trong tính toán gần đúng có thể tuyến tính hoá các đặc tính này: E F =K F . F . F = K F . F .c.i KF Trong đó K F là hệ số kết cấu của máy phát. C= F /i Nếu dây quấn kích thức của máy phát đợc cấp bởi nguồn áp lý tởng U KF thì i U r KF KF KF = Sức điện động của máy phát trong trờng hợp này sẽ tỉ lệ với điện áp kích thích bởi hệ số hằng K F , nh vậy có thể coi gần đúng máy phát điện một chiều kích từ độc lập là một bộ khuyếch đại tuyến tính E F =K F .U KF Nếu đặt R=R ƯF +R ƯD thì có thể viết đợc phơng trình các đặc tính của hệ F-Đ nh sau: = K K U RI K F KF (1) = K K U R K M F KF ( ) 2 (2) = O KF KD KD U U M U ( , ) ( ) (3) Các biểu thức (1), (2), (3) chứng tỏ rằng khi điều chỉnh dòng điện kích thích của máy phát thì điều chỉnh đợc tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ thì giữ nguyên. Cũng có thể điều chỉnh kích từ của động cơ để có dải điều chỉnh rộng hơn. -Các chế độ làm việc của hệ F-Đ. Trong mạch động lực của hệ F-Đ không có phần tử phi tuyến nào nên có đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc. Với sơ đồ căn bản nh hình 10 động cơ chấp hành Đ có thể làm việc đợc chế độ điều chỉnh cả hai phía; kích thích máy phát F và kích thích động cơ Đ, đảo chiều quay bằng cách điều chỉnh dòng kích thích máy phát, hãm dộng khi dòng kích thích máy phát bằng không, hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ, hãm ngợc cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn định với momen tải có tính chất thế năng v.v . Hệ F-Đ có các đặc tính cơ điền đầy cả 4 góc phần t của mặt phẳng toạ độ [,M] (hình 11). 8 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 3 ở góc phần t thứ I và thứ III tốc độ quay và mômen quay của động cơ luôn cùng chiều nhau, sẽ điện động máy phát và động cơ có chiều xung đối nhau và |E F | > |E|, | C | > ||. Công suất điện từ của máy phát và động cơ là: P E I P E I P M F F D F Co = > = < = > . . . 0 0 0 (4) 14 1 2 3 4 5 1 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Các biểu thức này nói lên rằng năng lợng điện vận chuyển thuận chiều từ nguồn máy phát động cơ tải. Nhận xét: u điểm nổi bật của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng qúa tải lớn. Do vậy thờng sử dụng hệ truyền động F-Đ ở các máy khai thác trong hầm mỏ. Nhợc điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đặt máy ít nhất gấp 3 lần công suất động cơ chấp hành. Ngoài ra các máy phát một chiều có từ d, đặc tính từ hoá có trễ nên khó khăn điều chỉnh sâu tốc độ. 2. Hệ truyền động chỉnh lu - động cơ (CL-Đ) Hình 11. Đặc tính cơ hệ F-Đ trong chế độ động cơ 8 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3 Trong hệ truyền động chỉnh lu điều khiển động cơ một chiều (CL-Đ), bộ biến đổi là các mạch chỉnh lu điều khiển có suất điện động E đ phụ thuộc vào giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển). Chỉnh lu có thể dùng làm nguồn chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích động cơ. Sơ đồ nguyên lý nh hình 12. Với bộ biến đổi là chỉnh lu hình tia 3 pha (hình 13 a,b,c): Trong mạch tải có điện cảm L nên i d thực tế là dòng điện liên tục i d =I d . Góc mở đợc tính từ giao điểm 2 điện áp pha (phần giá trị dơng). Giá trị trung bình của điện áp tải: U U Sin d U Cos d = = + + 3 2 2 3 6 2 6 5 6 2 2 . . (5) Hình 12. Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động chỉnh lu động cơ Hình 13 -a) Sơ đồ nối dây; b) Sơ đồ thay thế của chỉnh lu tia ba pha c) Đồ thị thời gian 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Hình 14 -a) Sơ đồ nối dây; b) Sơ đồ thay thế của chỉnh lu cầu không đỗi xứng c) Đồ thị thời gian Với chỉnh lu cầu một pha không đối xứng (hình 14): U U Sin d U Cos d = = + 1 2 2 2 1 2 2 . . ( ) (6) của dòng tải I U R d d = (7) Dòng điện chỉnh lu I d chính là dòng điện phần ứng động cơ điện dựa vào sơ đồ thay thế có thể viết phơng trình đặc tính: = U K R X K I d dm t k dm . . (8) = U K R X K M d dm t k dm . ( ) . 2 (9) Đặc tính có độ cứng = ( ) . K R X dm t k 2 còn tốc độ không tải lý tởng thì tuỳ thuộc vào góc điểu khiển . o dm U K Cos = 3 6 2 2 . . (đối với chỉnh lu tia 3 pha) o dm U K Cos = + 2 2 1 2 . . ( ) (đối với chỉnh cầu 1 pha) Thay đổi góc điều khiển từ 0 đến , suất điện động chỉnh lu thay đổi từ +E dmax -E dmax và ta đợc họ đặc tính song song (hình 15) nhau nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng toạ độ [,I] do van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều. Các đặc tính cơ 8 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 3 của hệ CL-Đ mềm hơn các đặc tính của hệ F-Đ bởi thành phần sụt áp U k do hiện t- ợng chuyển mạch giữa cac van bán dẫn gây nên. Nhận xét: Ưu điểm nổi bật của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuyêch đại công suất rất cao, điều đó rất thuận lợi cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lợng các các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống. Nhợc điểm chủ yếu của hệ thống T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến mạnh, dạng điện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện, và các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lới xoay chiều. Hệ số công suất cos của hệ nói chung là thấp. Kết luận: Qua các nhận xét về hai hệ truyền động trên cùng với u nhợc điểm của chúng em quyết định chọn hệ truyền động chỉnh lu động cơ vì nó có nhiều u điểm hơn, và truyền động cho máy mài không cần công suất lớn nên tránh đợc nhợc điểm của nó là xấu điện áp nguồn và lới điện xoay chiều. Hình 15- Đặc tính cơ của hệ CL-Đ 18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện IV. Chọn bộ biến đổi Sau khi đã chọn đợc hệ truyền động CL-Đ ta tiếp tục đi chọn bộ biến đổi. Vì hệ có yêu cầu không cao về xung dòng điện ở mạch phần ứng và mạch kích từ. Nên em chỉ xét hai bộ biến đổi: Sơ đồ cầu 1 pha và sơ đồ tia 3 pha. 1. Chỉnh lu cầu 1 pha không đối xứng Hoạt động của sơ đồ: Khi = 1 cho xung điều khiển mở T 1 trong khoảng thời gian 1 2 tiristor T 1 và điôt D 2 cho dòng chảy qua. Khi U 2 bắt đầu đổi dấu D 1 mở ngay, T 1 tự nhiên khoá lại, dòng i d =I d chuyển từ T 1 sang D 1 (lúc này D 2 vẫn cho dòng chảy qua do sức điện động tự cảm trong L d tạo ra). D 1 và D 2 cùng cho dòng chảy qua, U d =0 Hình 16. Sơ đồ đấu dâu của chỉnh lu cầu một pha bán điều khiển 8 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 Khi = 3 =+ cho xung mở T 3 . Dòng tải i d =I d chảy qua D 1 và T 2 . Điot D 2 bị khoá lại . . . Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng của Tiristor và của điôt không bằng nhau. Góc dẫn dòng của điốt là D =+, còn góc dẫn dòng của tiristor là T =-. Giá trị trung bình của điện áp tải: Ud U Sin d U = = + 1 2 2 1 2 2 . ( cos ) của dòng tải I U R d d = của dòng trong tiristor I I d I T d d = = 1 2 2 . .( ) của dòng trong điốt I I d I T d d = = + 1 2 2 . .( ) 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Giá trị hiệu dụng của dòng chảy trong cuộn dây thứ cấp máy biến áp I I d I d d2 2 1 1 = = Nhận xét: Sơ đồ cầu cho phép sử dụng một nửa số van là tiristor, nửa còn lại là điốt. Do đó làm giảm đợc giá thành thiết bị biến đổi vì rẻ tiền hơn nhiều so với tiristor. Sơ đồ điều khiển cũng trở nên đơn giản hơn. Hình 17. Đồ thị điện áp và dòng điện của mạch chỉnh lu cầu bán điều khiển 8 1 1 2 3 4 5 6 3 2. Sơ đồ 3 pha hình tia * Giới thiệu sơ đồ: BA: máy biến áp cung cấp. T 1 ,T 2 ,T 3 : các van chỉnh lu có điều khiển * Nguyên lý làm việc: Giả thiết Ld=, cho sơ đồ làm việc với một góc điều khiển bằng và cũng giả thiết là sơ đồ đã làm việc xác lập trớc thời điểm bắt đầu xét (t=0) Ta tạm giả thiết rằng : trớc thời điểm t= 1 =thì trong sơ đồ vanT 3 đang dẫn dòng và các van khác còn ở trạng thái khoá, khi đó trên van T 1 sẽ có điện áp thuận (vì u T1 = u a - u c = u ac , và tại t = 1 = thì u ac >0 nên u T1 >0 ). Tại t = 1 = thì T 1 có tín hiệu điều khiển, T 1 có đủ hai điều kiện để mở nên T 1 mở và u T1 giảm về bằng không. Do u T1 =0 nên u d =u a , và từ sơ đồ ta xác định đợc điện áp trên T 3 là u T3 =u c - u a = u ac , tại 1 thì u ac <0, tức là T 3 bị đặt điện áp ngợng nên khoá lại, van T 2 thì vẫn khoá, do vậy trong khoảng tiếp sau 1 trong sơ đồ chỉ có van T 1 dẫn dòng, khi T 1 dẫn dòng : u d = u a ; i T1 = i a = I d ; i T2 =0 ; i T1 =0 ; u T2 = u ba ; u T2 =u ca . Đến t = 5/6 thì u a =u b , đây là thời điểm mở tự nhiên đối với T 2 , nhng T 2 cha mở vì cha có tín hiệu điều khiển,do u a vẫn dơng kết hợp với tác dụng cùng chiều của s.đ.đ tự cảm trong L d mà T 1 vẫn tiếp tục dẫn dòng. Đến t = thì u a =0 và sau đó chuyển sang âm nhng T 2 còn cha mở nên T 1 vẫn tiếp tục làm việc nhờ s.đ.đ tự cảm của L d ( ở đây >30 0 ). Tại t = 2 = 5/6 + thì T 2 có tín hiệu điều khiển và do đang có điện áp thuận nên T 2 mở, T 2 mở thì u T2 giảm về bằng không nên u d = u b và u T1 = u a - u b = u ab mà tại 2 thì u ab <0, tức là T 1 bị đặt điện áp ngợc nên khoá lại. Do vậy từ 2 trong sơ đồ chỉ có van T 2 dẫn dòng, khi T 2 mở : u d = u b u T1 = 0 i T3 = 0 i T2 = i d = I d u T1 = u ba u T3 = u cb i T1 = 0 Suy luận tơng tự nh vậy ta có từ t= 2 đến t= 3 thì T 3 làm việc và: u d = u c u T1 = 0 i T2 = 0 i T3 = i d = I d u T1 = u ac u T2 = u bc i T3 =0 Tại u T1 =u 1 (chậm sau thời điểm mở tự nhiên đối với T 1 1 góc điều khiển ) thì T 1 có tín hiệu điều khiển lúc này u T1 thuận (u T1 = u ac tại u 1 >0) dẫn đến T 1 mở suy ra u T1 giảm về 0 và u T3 = u c - u a = u ca . Tại 1 : u T3 <0 tức là T 3 bị đặt điện áp ngợc còn van T 3 vẫn cha dẫn dòng. Nh vậy trong gia đoạn này thì trong sơ đồ chỉ có van T 1 dẫn dòng ta có: u d =u a u T2 =u ba i T1 = i d = Id 22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 1 [...]... dây chảy bảo vệ thiết bị bán dẫn mà em dùng trong sơ đồ (hình 16): 18 -Đặt nối tiếp từng Tiristor 19 -Đặt từng pha của cuộn dây thứ cấp máy biến ấp 20b Bảo vệ quá điện áp 21 Tiristor cũng rất nhậy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức, ta gọi là 22quá điện áp Mà thờng do hai loại nguyên nhân sảy gây nên qúa điện áp 1 24 1 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện 1 -Nguyên nhân nội... điện 1 -Nguyên nhân nội tại: đây là sự tích tụ điện trong các lớp bán dẫn Khi khoá 2tiristor bằng điện áp ngợc các điện tích nói trên đổi ngợc hành trình, tạo ra dòng điện 3ngợc trong khoảng thời gian rất ngắt Hình 18 Sơ đồ mắc RC để bảo vệ mạch điện Hình 17 4 Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngợc gây ra sức điện động cảm ứng rất 5lớn trong các điện cảm, luôn luôn có, của đờng dây nguồn dẫn... phẳng toạ độ 1 26 1 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Hình 19 Đặc tính hãm tái sinh của động cơ kích từ độc lập Hình 20 Đặc tính hãm ngợc khi đa Rf vào mạch phần ứng động cơ kích từ độc lập 1 Trong trạng thái hãm tái sinh, dòng điện hãm đổi chiều và công suất đợc đa trả 2về lới có giá trị P=(E-U)I Đây là phơng pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ sinh ra 3điện năng hữu ích 4 Do bộ biến đổi... hãm ngợc thỉ 5dòng điện đa lên lới bị đảo chiều (xem hình 19)) nên hệ truyền động của ta không 6thực hiện đợc hãm tái sinh 72 Hãm ngợc 8 Trạng thái hãm ngợc của động cơ xảy ra khi phần ứng dới tác dụng của động 9năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển động hoặc do momen thế năng quay ngợc 10chiều với momen điện từ của động cơ Mômen sinh ra bởi động cơ khi đó chống lại 11sự chuyển động của cơ cấu sản...1 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện 1 uT1=0 uT3=uca iT2=0; iT3 = 0 2 -Đến t= thì ua=0 và bắt đầu chuyển sang âm, ở trờng hợp này ta phải giả sử 3góc > 300 thì tại thời điểm này van T2 vẫn cha có tín hiệu điều khiển ung, ua có xu h4ớng chống lại dòng qua T1, nhng do suất điện động tự cảm trong Ld do đó van T1 vẫn 5tiếp tục dẫn dòng 6 Tại 2: uT1 U động cơ làm việc nh một máy phát điện song... tức là T2 bị đặt điện áp ngợc còn van T2 khoá lại và ta có: 12 ud=uc uT2=ubc 13 uT1=uac uT3=0 3 iT1=0 iT3=id=Id iT2=0 8 1 Tại 4: uT2 . thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện -Nguyên nhân nội tại: đây là sự tích tụ điện trong các lớp bán dẫn. Khi khoá tiristor bằng điện áp ngợc các điện. 1 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Hình 14 -a) Sơ đồ nối dây; b) Sơ đồ thay thế của chỉnh lu cầu không đỗi xứng c) Đồ thị thời gian Với