MỤC LỤC TrangChương I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠChương II TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU THYRISTOR HÌNH CẦU BA PHA. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (HỆ TĐ)Chương III TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰCChương IV TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂNChương V MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬNCHƯƠNG ITỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ1. Tổng quan về động cơ điện một chiều1.1. Khái quátDo có thể điều chỉnh tốc độ dể dàng nên động cơ điện một chiều được dùng phổ biến trong hệ thống truyền động điện của các nghành công nghiệp, giao thông vận tải.. . đặc biệt ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng với dải công suất động cơ một chiều (Đ) từ vài W đến vài ngàn MW .1.1.1.Phân loại: Động cơ điện một chiều chia làm nhiều loại theo sự bố trí của cuộn kích từ :Động cơ điện một chiều kích từ độc lập.Động cơ điện một chiều kích từ song song.Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp.1.1.2. Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều: Ưu điểm:Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ.üCó nhiều phương pháp hãm tốc độ. Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại màu Chế tạo, bảo quản khó khănGiá thành đắt hơn các máy điện khác1.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập : Quan hệ giữa tốc độ và mômen động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ: = f(M) hoặc n = f(M).Quan hệ giữa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất :c= f(Mc) hoặc nc= f(Mc).Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụng đặc tính cơ điện. Đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong mạch động cơ: = f(I) hoặc n = f(I).Trong phạm vi của đề tài này chỉ xét đến đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 1.2.1. Phương trình đặc tính cơ :Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là quan hệ n=f(M), đây là đặc tính quan trọng nhất của động cơ.Từ sơ đồ trên ta có phương trình cân bằng điện của mạch phần ứng như sau: Uư = Eư + Rư Iư (1)Trong đó : Uư , Eư , Rư , Iư lần lược là điện áp ,sức điện động, điện trở, dòng điện của mạch phần ứng.Suất điện động Eư phần ứng của động cơ được xác định theo biểu thức sau: Eư = ¬ = (2)Trong đó :N : số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứnga : số đôi mạch nhánh song song cuộn phần ứng : từ thông kích từ dưới một cực từ Ce = : hệ số S.đ.đn : số vòng quay p : số đôi cựNếu biểu diễn theo tốc độ góc ta có: Eư = ¬ = Trong đó: Ke= Khi trong thanh dẫn có dòng điện iư thì thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng, chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái và nó sẽ tạo ra một mômen điện từ có độ lớn: (3)Trong đó: là hệ số mômen Iư là dòng điện phần ứngTrong chế độ động cơ M và n ngược chiều, Eư ngược chiều iư .Từ phương trình (1) ,(2) và (3) ta có phương trình đặc tính cơ điện của động cơ như sau: (4) hay Nếu bỏ qua các tổn hay Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:Về phương diện điều chỉnh tốc độ , động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác, không những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt tốc độ điều chỉnh cao trong dãi điều chỉnh tốc độ rộng.Trên thực tế ta có ba thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là Mđt= Me= M. Khi đó ta được: phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động cơ.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của động cơ.Trong đề tài này chúng ta sẽ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp trên phần ứng của động cơ.2.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng:Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát Ta thấy rằng khi đưa thêm Rf vào mạch phần ứng ta có đặc tính cơ là: Theo phương pháp này ta có n0=const, nên khi tăng Rf độ dốc của đặc tính cơ tăng lên tức tốc độ thay đổi nhiều hơn khi tải thay đổi. Như vậy : 0 < Rưf 1< Rưf 2 < ....nđm >n1 >n2 ......Nhưng nếu ta tăng Rưf đến giá trị nào đó thì sẽ làm cho M như thế động cơ không quay được và động cơ làm việc ở chế độ ngắn mạch, n= 0. Từ lúc này , ta có thay đổi Rưf thì tốc độ vẫn bằng không, nghĩa là không điều chỉnh tốc độ động cơ được nữa. Do đó phương pháp này là phương pháp điều chỉnh không triệt để.2.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ động cơ:Ta có phương trình đặc tính cơ: Ta nhận thấy rằng khi thay đổi thì n0 và đều thay đổi, vì vậy ta được các đường đặc tính điều chỉnh dốc dần, với tải như nhau thì tốc độ càng cao khi giảm từ thông . Khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng giữ nguyên giá trị định mức.Như vậy: đm > 1 > 2 > ..... nđm u2c. Lúc này T6 và T1 cho dòng chạy qua. Điện áp trên tải: ud= uab=u2au2b Khi cho xung điều khiển mở T2. Thyristor này mở vì khi T6 dẫn dòng, nó đặt u2b lên anot T2 mà u2b>u2c. Sự mở T2 làm cho T6 bị khóa lại một cách tự nhiên vì u2b>u2c các xung điều khiển lệch nhau được lần lượt đưa đến các cực điều khiển của các Thyristor theo thứ tự 1,2,3,4,5,6,1.. ..Thời điểmMởKhóa T1T5 T2T6 T3T1 T4T2 T5T3 T6T Trong một nhóm, khi một Thyristor mở nó sẽ khóa ngay Thyristor dẫn dòng trước đó, ta có bảng tóm tắt sau:Trị trung bình của điện áp trên tải:Đường bao phía trên biểu diễn điện thế của điểm F là vF. Đường bao phía dưới biểu diễn điện thế điểm G là vG. Điện áp trên mạch tải là: ud=vFvG là khoảng cách thẳng đứng giữa 2 đường bao: Do trong mạch luôn có điện cảm Lc 0 nên trong quá trình chuyển mạch sẽ có hiện tượng trùng dẫn. Sau đây ta sẽ xét mạch khi có hiện tượng trùng dẫn.Giả thiết T1và T2đang dẫn dòng. Khi cho xung điều khiển mở T3. Do Lc 0 nên dòng không thể tăng đột ngột từ 0 đến Id và dòng iT1 cũng không thể đột ngột giảm từ Id xuống 0. Cả ba Thyristor đều dẫn dòng. Hai nguồn ea và eb nối ngắn mạch.Nếu chuyển gốc tọa độ từ 0 sang , ta có: Điện áp ngắn mạch Dòng điện ngắn mạch ic được xác định bởi phương trình: Dòng điện chạy trong T1 là Dòng điện chạy trong T3 là Giả thiết quá trình trùng dẫn kết thúc khi , và kí hiệu là góc trùng dẫn. Khi , iT1=0, ta có biểu thức sau: (1)Hình dạng điện áp tải ud trong giai đoạn trùng dẫn: Do trùng dẫn nên trị trung bình của điện áp tải bị giảm đi một lượng Xác định (2)Thay (1) vào (2) ta có: 2.2 Bộ chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng 2.2.1 Sơ đồ mạch và dạng sóng Trong sơ đồ cầu ba pha đối xứng nếu ta thay 3 Thyristor T2, T4, T6 bằng 3 diod D2, D4, D6 ta sẽ được sơ đồ cầu ba pha không đối xứng như sau: 2.2.2 Hoạt động của sơ đồVới sơ đồ trên ta có thể coi nó gồm hai khối ba pha hình tia có điều khiển và không điều khiển nối tiếp nhau và hoạt động độc lập với nhau với cùng một phụ tải. Trong khoảng 0 đến : T5 và D6 cho dòng tải id=Id chảy qua, T5 đặt điện thế u2c lên anôt D2.Khi điện thế catôt D2 là u2c bắt đầu nhỏ hơn u2b diod D2 mở dòng tải id=Id chảy qua T2 và D5, ud=0.Khi cho xung điều khiển mở T1Trong khoảng đến : T1 và D2 cho dòng tải Id chạy qua D2 đặt điện thế u2c lên anôt D4.Khi điện thế catôt D4 là u2a bắt đầu nhỏ hơn u2c, diod D4 mở. Dòng tải chảy qua T4 và D1 , ud=0. Góc mở về nguyên tắc có thể biến thiên từ 0 đến nên điện áp chỉnh lưu có thể điều chỉnh từ giá trị lớn nhất đến 0. Khi điện áp trên tải bằng 0.Trên hình vẽ, ud1 là thành phần điện áp tải do nhóm catôt chung tạo nên, còn ud2 là thành phần điện áp tải do nhóm anot chung tạo nên. Trị tức thời của điện áp tải: ud = ud1ud2Trị trung bình của điện áp tải: Ud = Ud1Ud2trong đó: Ưu điểm của sơ đồ là đơn giản,mạch điều khiển đơn giản dễ thực hiện hơn, giá rẻ hơn. Do đó trong đa số trường hợp người ta thường chọn phương án cầu ba pha không đối xứng. Tuy nhiên trong thành phần điện áp chỉnh lưu chứa nhiều sóng hài nên cần có bộ lọc tốt.2.3 Bộ biến đổi đảo dòng 2.3.1 Sơ đồ và dạng sóng Chế độ chỉnh lưu Chế độ nghịch lưu 2.3.2 Hoạt động của sơ đồSơ đồ gồm 2 bộ biến đổi G1 và G2 đấu song song ngược với nhau và các cuộn kháng cân bằng Lc. Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu.Nếu là góc mở đối với G1, là góc mở đối với G2 thì sự phối hợp giá trị và phải được thực hiện theo quan hệ: . Sự phối hợp này gọi là sự phối hợp tuyến tính.Giả thử động cơ quay thuận ta cho G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu , Ud1¬>0,bây giờ ,G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu Ui2< 0. Cả 2 điện áp Ud1 và Ui2 đều đặt lên phần ứng của động cơ M. Động cơ chỉ có thể nghe theo Ud1 và quay thuận. Động cơ từ chối Ui2 vì các Thyristor không thể cho dòng chảy từ catôt đến anôt.Khi động cơ ở trạng thái dừng.Giả thử cần khởi động cơ quay thuận ta cho uc=uc1 , , , .G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu còn G2 chuẩn bị sẵn sàng làm việc ở chế độ nghịch lưu. Nếu bây giờ cần giảm tốc độ động cơ ta cho uc=uc2.Các góc mở: , , , .Lúc này do quán tính nên sức điện động E của động cơ vẫn còn giữ nguyên trị số ứng với trạng thái trước đó E >U’d1 bộ biến đổi G1 bị khóa lại.Mặt khác bộ biến đổi G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc, trả năng lượng tích lũy trong động cơ về nguồn điện xoay chiều. Dòng điện phần ứng đổi dấu, chảy từ M vào G2. Động cơ bị hãm tái sinh, tốc độ giảm xuống.Nếu chọn điện áp uc0, xuất hiện xung ra ở chân 14 nếu V(t) 300 pF.+US : điện áp nguồn nuôi từ các chân 6, 13, 16 với điện áp 1 chiều (18 V)Lưu ý: +Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha sử dụng 3 tiristor ta chỉ cần sử dụng xung ra lấy từ chân số 15. +Để có được xung điều khiển lần lượt cho cả 3 tiristor cần có 3 vi mạch TCA 780 đảm nhận.2. Tính khâu khuyết đại xung, biến áp xung Máy biến áp xung:Lõi sắt máy biến áp xung được làm từ các loại hợp kim như hợp kim ferit, làm việc trên một phần của đặc tính từ hoá có: = 0,3 T; = 30 Am, không có khe hở không khí. Máy biến áp xung có nhiệm vụ tạo ra một điện áp bằng điện áp điều khiển để mở Thyristor. Đồng thời nó giúp cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển.Tỷ số biến áp xung: thường m = 2 3 ta chọn m = 3.+ Điện áp thứ cấp máy biến áp xung: U2 = Uđk = 2,5(V).+ Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp: U1 = m.U2 = 2,5 . 3 = 7.5 (V).+ Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung: I2 = Iđk = 0,15(A).+ Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung: I1 = = 0,05(A). + Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt: trong đó = 1,25.106 Hm là đọ từ thẩm của không khí.+ Thể tích của lõi sắt cần có:V = Q.l = thay số: V = Chọn mạch từ có thể tích V = 1,4 . Với thể tích đó ta có các thể tích mạch từ như sau: a = 4,5 mm; b = 6 mm; Q = 0,27 cm2 = mm2; d = 12 mm; D = 21 mm.Chiều dài trung bình mạch từ : l = 5,2 cm.+ Số vòng dây quấn sơ cấp của MBA xung: Theo định luật cảm ứng điện từ :U1 = W1 = vòng. + Số vòng dây thứ cấp:W2 = vòng.+ Tiết diện dây quấn thứ cấp:S1 = mm2Chọn mật độ dòng điện J1 = 6 Amm2+ Đường kính dây quấn sơ cấp:d1 = mm.Chọn d = 0.1 mm.+ Tiết diện dây quấn thứ cấp:S2 = mm2Chọn mật độ dòng điện J2 = 4 Amm2+ Đường kính dây quấn thứ cấp:d1 = mm.Chọn dây có đường kính d2 = 0.22 mm.+ Kiểm tra hệ số lắp đầy: Như vậy cửa sổ đủ diện tích cần thiết. Tầng khuyết đại cuồi cùng. Chọn Tranzitor Tr2:Chọn Tranzitor Tr2 loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung có các thông số sau:Tranzitor loại NPN, làm bằng vật liệu Silic.Điện áp giữa colectơ và bazơ khi hở mạch emitơ: UCBO = 40 VĐiện áp giữa emitơ và bazơ khi hở mạch colectơ: UEBO = 4 VDòng điện lớn nhất colectơ có thể chịu được: ICmaz = 500 mACông suất tiêu tán colectơ: Pc = 1,7 WNhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp: Tmax = 1750C Hệ số khuyết đại: = 50Dòng điện làm việc của Colectơ: IC = I1 = 50 (mA).Dòng điện làm việc của bazơ: (mA).Ta thấy rằng với loại tiristo đã chọn có công suất điều khiển khá bé: Uđk = 2,5 V, Iđk = 0,15 A, nên doing colectơbazơcủa tranzitor Tr2 khá be, trong trường hợp này ta có thể không cần tranzitor Tr2 mà vẫn có đủ công suất điều khiển tranzitor Chọn nguồn cung cấp cho máy biến áp xung:Chọn nguồn +E = 12(V)Với nguồn cung cấp là E = 12(V) thì ta phải mắc thêm điện trở RC nối tiếp với cực colectơ của Tranzitor Tr2 để tránh quá áp cho Tranzitor. Chọn diodeCả hai diode D2 và Dr được chọn cùng loại 1N4009, có các tham số sau: Kí hiệu: Dòng điện định mức: Iđm =10 mA Điện áp ngược lớn nhất: Unm = 25 V Điện áp cho diode mở thang: Um = 1 V3. Chọn cổng ANDToàn bộ mạch điều khiển phải dùng 6 cổng AND nên ta chọn hai IC4801 thuộc họ CMOS. Mỗi IC4801 có 4 cổng AND, có các tham số: Nguồn nuôi IC: Vcc = 3 15 (V) ta chọn Vcc= 12(V). Nhiệt độ làm việc: t = 400C 800C Điện áp ứng với mức logic ‘1’ : 2 4,5 (V) Công suất tiêu thụ : P = 2,5 nW1 cổng.4. Chọn tụ C3 và điện trở R9Điện trở R9 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào bazơ của Tranzitor. Chọn R9 thõa mãn điều kiện: Chọn R9 = 4,5( )Chọn .R9 = tx =167 ( ), tương đương 30 điện. Suy ra: Hinh1: Sơ đồ nguyên lý một kênh điều khiển.5. Tính chọn bộ tạo xung chùmMạch dao động đa hài không trạng thái bềnh tạo xung chùm dùng khuyết đại thuật toán.Mỗi kênh điều khiển phải dùng 4 khuyết đại thuật toán do đó ta chọn 6 IC loại TL084, mỗi IC này chứa 4 khuyết đại thuật toán. Các thông số: Điện áp nguồn nuôi: Vcc = 18V, chọn Vcc = 12 V. Hiệu điện thế giữa hai đầu vào: 30 V. Tổng trở đầu vào: Rin = 106 M Dòng điện đầu ra: Ira = 30 pA.Mạch tạo xung chùm có tần số: kHz hay chu kì của xung chùm: T= 334 Ta có: Chọn R6 = R7 = 33 k thì T=2,2. R8.C2 = 334 Vậy R8.C2 = 151,8 Chọn tụ C2 = 0,1 R8 = 1,518 Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp mạch, ta chọn R8 là biến trở 2(k ).6. Tính chọn tầng so sánhKhuyết đại thuật toán đã chọn loại TL084.Chọn R4 = R5 Trong đó nếu nguồn nuôi Vcc = 12 V thì điện áp vào A3 là Uv 12 V. Dòng điện vào được hạn chế để Iv