xây dựng hệ thống chỉnh lưu không điều khiển đảo chiều và ổn định tốc độ động cơ một chiều một cách chính xác, dễ sử dụng và vận hành và có độ ổn định cao

Hiện nay, nền công nghiệp càng phát triển mạnh mẽ bao nhiêu thì ứng dụng của việc điều khiển một chiều cũng như máy điện một chiều đặc biệt là động cơ điện một chiều càng được sử dụng rộng rãi bấy nhiêu. Và để đáp ứng những yêu cầu khắt khe nhất trong sản xuất thì chất lượng điều khiển một chiều là hết sức quan trọng. Những năm gần đây kĩ thuật số phát triển rất nhanh nhưng kĩ thuật điện tử và bán dẫn công suất lớn đã hoàn chỉnh hơn, cả về lý thuyết và ứng dụng do có những ưu điểm ưu việt như: có khả năng điều khiển rộng, có chỉ tiêu kinh tế cao, kích thước và trọng lượng thấp, độ tin cậy và chính xác cao…ứng dụng của chúng vào việc biến đổi năng lượng là điều khiển điện áp và dòng điện xoay chiều thành một chiều và ngược lại ngày càng sâu rộng. Vì vậy, mục đích của đề tài là xây dựng hệ thống chỉnh lưu không điều khiển đảo chiều và ổn định tốc độ động cơ một chiều một cách chính xác, dễ sử dụng và vận hành và có độ ổn định cao.

Mục lục

Lời mở đầu 4

Ch ơng 1: Các phương 1: Các ph ơng pháp điều khiển động cơ một chiều 5

1.1 Khái niệm chung 5

1.2 Động cơ điện một chiều 5

1.2.1 Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều 5

1.2.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 6

1.2.3 Nguyên lý lam việc động cơ điện một chiều 8

1.3 Các phơng pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều 9

1.3.1 Sơ đồ nối dây và đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ độc lập 9

1.3.2 Các phơng pháp điều khiển tốc độ 11

1.4 Các hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng điện áp phần ứng 16

1.4.1 Hệ thống điều khiển máy phát - động cơ (F-Đ) 16

1.4.2 Hệ thống điều khiển tốc độ bằng băm áp một chiều 17

1.4.3 Hệ thống điều khiển tốc độ bằng chỉnh lu 19

CHƯƠNG 2: CáC Bộ NGUồN CHỉNH LƯU Có ĐIềU KHIểN 22

2.1 Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha có điều khiển 22

2.2 Sơ đồ chỉnh lu tia ba pha có điều khiển 25

2.3 Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng 27

2.4 Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng 28

Chơng 3: tính toán mạch động lực cho hệ truyền động 35

3.1 Mạch động lực hệ truyền động 35

3.2 Tính chọn Tiristor 36

3.3 Tính toán máy biến áp chỉnh lu 37

3.4 Thiết kế cuộn kháng lọc 44

3.4.1 Xác định góc mở cực tiểu v cà c ực đại 44

3.4.2 Xác định các thành phần sóng hài 44

3.4.3 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc 45

3.4.4 Thiết kế cuộn kháng lọc 46

3.5 Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực 49

3.5.1 Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ 49

3.5.2 Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn 50

3.5.3 Bảo vệ quá dòng điện cho van 51

3.5.4 Bảo vệ quá điện áp cho van 52

Chơng 4:Tính toán thiết kế mạch điều khiển cho bộ nguồn chỉnh lu 54

4.1 Nguyên tắc điều khiển 54

4.1.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 54

4.1.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos 55

4.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển 56

4.3 Nguyên tắc phát xung mạch điều khiển 57

4.4 Tính toán các thông số mạch điều khiển 58

4.4.1Tính biến áp xung 62

4.4.2 Tính tầng khuếch đại cuối cùng 63

4.4.3 Chọn cổng AND 65

4.4.4 Chọn R9và C3 65

4.4.5 Tính chọn bộ tạo xung chùm 65

4.4.6 Tính chọn tầng so sánh 66

4.4.7 Tính chọn khâu đồng pha 66

4.4.8 Tạo nguồn nuôi 67

4.4.9 Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha 69

Chơng 5:Tính toán thiết kế mạch điều khiển hệ truyền động 71

5.1 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển tác động liên tục 71

5.1.1 Hệ thống điều tốc phản hồi tốc độ có phản hồi âm ngắt dòng điện 71

5.1.2 Hệ thống điều chỉnh tối u hai mạch vòng kín tốc độ quay và dòng điện 73

5.2 Tính toán bộ điều chỉnh tối u hai mạch vòng kín tốc độ và dòng điện 74

5.2.1 Thiết kế mạch vòng dòng điện 76

5.2.2 Thiết kế mạch vòng tốc độ 77

5.2.3 Vấn đề hạn chế dòng I 80

Chơng 6: Mô phỏng mạch điện tử công suất và đặc tính động cơ điện MộT CHIềU 83

6.1 Mô phỏng các mạch chỉnh lu có điều khiển bằng PSIM 83

6.1.1 Bộ chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối xứng 83

6.1.2 Bộ chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng 84

6.1.3 Bộ chỉnh lu tia ba pha 85

6.1.4 Bộ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng: 86

6.1.5 Bộ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng 88

6.2 Mô phỏng đặc tính động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng Matlab 89

6.2.1 Mô phỏng động cơ một chiều KTĐL 89

6.2.2 Mô phỏng hệ thống điều chỉnh tốc độ với hai vòng phản hồi .92 Kết luận 97

Tài liệu tham khảo 98

Những năm gần đây kĩ thuật số phát triển rất nhanh nhng kĩ thuật điện

tử và bán dẫn công suất lớn đã hoàn chỉnh hơn, cả về lý thuyết và ứng dụng

do có những u điểm u việt nh: có khả năng điều khiển rộng, có chỉ tiêukinh tế cao, kích thớc và trọng lợng thấp, độ tin cậy và chính xác cao…ứngdụng của chúng vào việc biến đổi năng lợng là điều khiển điện áp và dòng

điện xoay chiều thành một chiều và ngợc lại ngày càng sâu rộng

Vì vậy, mục đích của đề tài là xây dựng hệ thống chỉnh lu không điềukhiển đảo chiều và ổn định tốc độ động cơ một chiều một cách chính xác,

dễ sử dụng và vận hành và có độ ổn định cao

Dới sự hớng dẫn tận tình của thầy Hà Xuân Hoà, em đã có thể tổng hợp đ

-ợc tất cả các kiến thức đã có trong quá trình học đồng thời tích luỹ đ-ợcthêm rất nhiều kiến thức khác khi thực hiện đề tài, điều đó sẽ rất hữu íchcho bản thân em sau này Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đếnThầy, ngời đã nhiệt tình chỉ bảo giúp đỡ và định hớng cho em trong suốtthời gian qua

Xin cảm ơn cha mẹ và gia đình đã ủng hộ hết lòng cho con cả về vậtchất lẫn tinh thần Cảm ơn bạn bè đã ở bên động viên cổ vũ cho tôi

Với kiến thức còn nhiều hạn chế, em cảm thấy đồ án còn cần thêmnhiều điều bổ xung để nó có thể ứng dụng đợc trong môi trờng sản xuất

Em rất mong đợc sự góp ý chân thành và tích cực từ các thầy và các bạn.Xin chân thành cảm ơn!

Tháng 11 năm 2008

Lê Minh Tú

Ch ơng 1 ương 1 Các ph ơng pháp điều khiển ương 1

động cơ một chiều1.1 Khái niệm chung.

Điều khiển tốc độ l một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnxuất Ta biết rằng hầu hết các máy sản xuất đòi hỏi có nhiều tốc độ, tùytheo từng công việc, điều kiện l m việc m ta lựa chọn các tốc độ khácμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnnhau để tối u hoá quá trình sản xuất Muốn có đ ợc các tốc độ khácương 1: Các ph ương 1: Các phnhau trên máy ta có thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy nh tỉ số truyềnương 1: Các ph

hoặc thay đổi tốc độ của chính động cơ truyền động ở đây chúng ta chỉkhảo sát theo ph ơng pháp thay đổi tốc độ động cơ truyền động ương 1: Các ph

Tốc độ l m việc của động cơ do ng ời điều khiển quy định đ ợcμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ương 1: Các ph ương 1: Các phgọi l tốc độ đặt Trong quá trình l m việc, tốc độ động cơ có thể bị thayμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

đổi vì tốc độ của động cơ phụ thuộc rất nhiều v o các thông số nguồn,μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnmạch v tải nên khi các thông số thay đổi thì tốc độ của động cơ sẽ bị thayμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

đổi theo Tình trạng đó gây ra sai số về tốc độ v có thể không cho phép.μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

Để khắc phục ng ời ta dùng những ph ơng pháp ổn định tốc độ ương 1: Các ph ương 1: Các ph

Độ ổn định tốc độ còn ảnh h ởng quan trọng đến giải điều chỉnhương 1: Các ph(phạm vi điều chỉnh tốc độ) v khả năng quá tải của động cơ Độ ổn địnhμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

c ng cao thì dải điều chỉnh c ng có khả năng mở rộng v mômen quá tảiμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

c ng lớn μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

Có rất nhiều ph ơng pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ nh : ương 1: Các ph ương 1: Các ph

1.2.1 Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều.

Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn đợc coi l mộtμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnloại máy quan trọng mặc dù ng y nay có rất nhiều loại máy móc hiện đạiμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng

Do động cơ điện một chiều có nhiều u điểm nh khả năng điều chỉnhtốc độ rất tốt, khả năng mở máy lớn v đặc biệt l khả năng quá tải Chínhμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnvì vậy m động cơ một chiều đμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ợc dùng nhiều trong các ngh nh côngμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnnghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ nh cán thép, hầm mỏ, giaothông vận tải m điều quan trọng l các ngh nh công nghiệp hay đòi hỏiμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảndùng nguồn điện

Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhợc điểm nhất

định của nó nh so với máy điện xoay chiều thì giá th nh đắt hơn chế tạoμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

v bảo quản cổ góp điện phức tạp hơn (dễ phát sinh tia lửa điện) nhμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ng donhững u điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quantrọng nhất định trong sản suất

Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay v o khoảngμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

10000 KW, điện áp v o khoảng v i trăm cho đến 1000 V Hμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ớng phát triểnhiện nay l cải tiến tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế củaμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

động cơ v chế tạo những động cơ có công suất lớn hơn μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

1.2.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều.

Động cơ điện một chiều có thể phân th nh hai phần chính: phần tĩnhμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

v phần động.μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

1.2.2.1 Phần tĩnh hay stato.

Đây lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau: phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau: μ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:

a) Cực từ chính:

L bộ phận sinh ra từ trờng gồm có lõi sắt cực từ v dây quấn kíchμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

từ lồng ngo i lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ l m bằng những lá thép kỹ thuậtμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

điện hay thép cacbon d y 0,5 đến 1 mm ép lại v tán chặt Trong động cơμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

điện nhỏ có thể dùng thép khối Cực từ đợc gắn chặt v o vỏ máy nhờ cácμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnbulông Dây quấn kích từ đợc quấn bằng dây đồng bọc cách điện v mỗiμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảncuộn dây đều đợc bọc cách điện kỹ th nh một khối tẩm sơn cách điện trμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ớckhi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ đợc đặt trên các cực từ n y đμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản -

ợc nối tiếp với nhau

c) Gông từ: Gông từ dùng l m mạch từ nối liền các cực từ, đồng thờiμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

l m vỏ máy Trong động cơ điện nhỏ v vừa thμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ờng dùng thép d yμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnuốn v h n lại Trong máy điện lớn thμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ờng dùng thép đúc Có khitrong động cơ điện nhỏ dùng gang l m vỏ máy.μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

đúng chỗ Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại

1.2.2.2 Phần quay hay rôto.

Bao gồm những bộ phận chính sau:

a) Lõi sắt phần ứng :

Dùng để dẫn từ Thờng dùng những tấm thép kỹ thuật điện d y 0,5μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng

điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì

đặt dây quấn v o Trong những động cơ trung bình trở lên ngμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ời ta còn dậpnhững lỗ thông gió để khi ép lạ th nh lõi sắt có thể tạo đμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ợc những lỗ thônggió dọc trục Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thờng chia

th nh những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi l kheμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

hở thông gió Khi máy l m việc gió thổi qua các khe hở l m nguội dâyμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnquấn v lõi sắt Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng đμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ợc éptrực tiếp v o trục Trong động cơ điện lớn, giữa trục v lõi sắt có đặt giáμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnrôto.Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện v giảm nhẹ trọng lμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản -ợng rôto

b) Dây quấn phần ứng:

Dây quấn phần ứng l phần phát sinh ra suất điện động v có dòngμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

điện chạy qua Dây quấn phần ứng thờng l m bằng dây đồng có bọc cáchμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

điện.Trong máy điện nhỏ có công suất dới v i kW thμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ờng dùng dây có tiếtdiện tròn.Trong máy điện vừa v lớn thμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ờng dùng dây tiết diện chữ nhật.Dây quấn đợc cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép Để tránh khi quay

bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đaichặt dây quấn Nêm có l m bằng tre,gỗ hay bakelit.μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

c) Cổ góp:

Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều th nh một chiều Cổ gópμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảngồm nhiều phiến đồng có đợc mạ cách điện với nhau bằng lớp mica d y từμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản0,4 đến 1,2mm v hợp th nh một hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùngμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnhai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa v nh ốp v trụ tròn cũng cáchμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

điện bằng mica Đuôi v nh góp có cao lên một ít để h n các đầu dây củaμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảncác phần tử dây quấn v các phiến góp đμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ợc dễ d ng.μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

Hình 1.3 : Lá thép roto Hình1.4 : Phiến đổi chiều và cổ góp.

d) Các bộ phận khác:

- Cánh quạt: Dùng để quạt gió l m nguội máy Máy điện một chiều thμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ờng chế tạo theo kiểu bảo vệ, ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạtlắp trên trục máy, khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngo i v o độngμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảncơ Gió đi qua v nh góp, cực từ lõi sắt v dây quấn rồi qua quạt gió raμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnngo i l m nguội máy.μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt v ổ bi.μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnTrục máy thờng l m bằng thép cacbon tốt.μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

1.2.3 Nguyên lý l m việc động cơ điện một chiều μm việc động cơ điện một chiều.

Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B thì khi đótrong dây quấn phần ứng có dòng điện Các thanh dẫn ab và cd mang dòng

Khi roto quay đợc nửa vòng vị trí thanh dẫn ab, cd đổi chỗ cho nhau nhờ cóphiến góp đổi chiều dòng điện biến đổi dòng điện đổi chiều đa vào phầnứng giữ cho chiều của lực tác dụng không đổi do đó lực tác dụng lên rotovẫn theo một chiều không đổi, đảm bảo chiều quay của động cơ không đổi(hình1.5b).

Hình1.5 : Nguyên lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:ý lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:àm việc của động cơ một chiều.

1.3 Các phơng pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều.

1.3.1 Sơ đồ nối dây và đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ độc lập 1.3.1.1 Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Hình 1.6 :Sơ đồ nối dây động cơ một

chiều kích từ độc lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:ập.

1.3.1.2 Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Rfu- điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω).

I – dòng điện mạch phần ứng (A). dòng điện mạch phần ứng (A).

Với : R= ru+rcf+rb+rct

Trong đó :

ru - điện trở cuộn dây phần ứng.

rcf - điện trở cuộn cực từ phụ.

U KT

rb - điện trở cuộn bù.

rct - điện trở tiếp xúc của chổi điện.

Sức điện động Eu của động cơ đợc xác định theo công thức:

Eu=

a

N P

p – dòng điện mạch phần ứng (A). số đôi cực từ chính.

N- số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.

a - số đôi cự mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng.



2

.

- hệ số cấu tạo của động cơ.

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì:

Eu=Kn (1-5)

Và

55 , 9 60

 60

Trong đó hệ số sức điện động của động cơ là : Ke=

a

N P

60

Ke= K 0 , 105K

55 ,

Từ (1-1) và (1-2) ta có:

u

f u

K

R R K

Thay giá trị Iu và (1-6) ta đợc :

dt

f u

K

R R K

U

2

) ( 

Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trênmạch phần ứng có thể đợc dùng cho tất cả động cơ điện một chiều Trongphơng pháp này điện trở phụ đợc mắc nối tiếp với mạch phần ứng của độngcơ theo sơ đồ nguyên lý nh sau:

Hình 1.8 : Sơ đồ nguyên lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:ý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay

đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng.

Ta có phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ

độc lập:

dt

f u

K

R R K

U

2

) ( 

K

R R K

sẽ thay đổi khi giá trị Rf thay đổi Khi Rf càng lớn,  càng nhỏ nghĩa là ờng đặc tính cơ càng dốc,ứng với giá trị Rf = 0 ta có độ cứng của đờng đặctính cơ tự nhiên đợc tính theo công thức sau:

đ-Ta nhận thấy  TN có giá trị lớn nhất nên đờng đặc tính cơ tự nhiên có

độ cứng lớn hơn tất cả các đờng đặc tính cơ có đóng điện trở phụ trên mạchphần ứng Vậy khi thay đổi giá trị Rf ta đợc họ đặc tính cơ nh sau:

Hình 1.9 : Đặc tính cơ động cơ 1 chiều kích từ độc lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:ập

khi thay đổi điện trở phụ phần ứng.

Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trênmạch phần ứng đợc giải thích nh sau: giả sử động cơ đang làm việc xác lậpvới tốc độ 1 ta đóng thêm Rf vào mạch phần ứng Khi đó dòng điện phầnứng I đột ngột giảm xuống, còn tốc độ động cơ do quán tính nên cha kịp

0

fu fu u

dm

R R R

~ )

biến đổi Dòng I giảm làm cho momen động cơ giảm theo và tốc độ giảmxuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ  2 với 2 > 1.

Phơng pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ  <

dm Trên thực tế không thể dùng biến trở để điều chỉnh nên phơng phápnày sẽ cho những tốc độ nhảy cấp tức độ bằng phẳng  xa 1 tức 1 cách

2

dm

 thì tổn thất này chiếm từ 40% đến 50%.Cho nên, để đảm bảo tính kinh tế cho hệ thống ta chỉ điều chỉnh sao chophạm vi điều chỉnh:

D =

1

3

2 

Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm Đồng thời dòng

điện ngắn mạch In và moment ngắn mạch Mnm cũng giảm Do đó, phơngpháp này đợc dùng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dới tốc độ cơbản Và tuyệt đối không đợc dùng cho các động cơ của máy cắt kim loại

Nhận xét: Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở

phụ trên mạch phần ứng chỉ cho những tốc độ nhảy cấp và  < dm

* Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thờng dùng cho các động

cơ cho cần trục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép

* Nhợc điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ

đóng vào càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn

định tốc độ khi phụ tải thay đổi càng kém Tổn hao phụ khi điều chỉnh rấtlớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng tăng

1.3.2.2 Điều khiển bằng phơng pháp thay đổi từ thông.

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điềuchỉnh momen điện từ M=K.Iu và sức điện động quay E= K. của

động cơ Thông thờng, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng đợc giữnguyên giá trị định mức

Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trungbình, ngời ta thờng sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi

từ thông do tổn hao công suất nhỏ Đối với các máy điện công suất lớn thìdùng các bộ biến đổi đặc biệt nh: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch

đại từ, bộ biến đổi van…

Thực chất của phơng pháp này là giảm từ thông Nếu tăng từ thôngthì dòng điện kích từ Ikt sẽ tăng dần đến khi hỏng cuộn dây kích từ Do đó,

để điều chỉnh tốc độ chỉ có thể giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông

so với định mức <dm nên các đặc tính cơ điện nhân tạo đều có vị trícao hơn đặc tính tự nhiên, tơng tự trong vùng phụ tải MC cho phép tốc độtrên các đặc tính cơ nhân tạo lớn hơn tốc độ trên đặc tính cơ tự nhiên Tathấy lúc này tốc độ tăng lên khi từ thông giảm:

Momen ngắn mạch Mnm= K.Inm nên khigiảm sẽ làm cho Mnm

K ) 2

( 

 Khi giảm <dm

Hình 1.10 : Đặc tính cơ động cơ 1 chiều kích từ độc lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:ập khi thay đổi từ thông.

Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể

điều chỉnh đợc tốc độ vô cấp và cho ra những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản

Theo lý thuyết thì từ thông có thể giảm gần bằng 0, nghĩa là tốc độ tăng đến vô cùng Nhng trên thực tế động cơ chỉ làm việc với tốc độ lớn nhất: max = 3 dm tức phạm vi điều chỉnh: D = 3/1

Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép Khi

điều chỉnh tốc độ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơkhông thể đổi chiều dòng điện và chịu đợc hồ quang điện Do đó, động cơkhông đợc làm việc quá tốc độ cho phép

Nhận xét: Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn dm Phơngpháp này đợc dùng để điều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn năng hoặc làmáy bào giờng Do quá trình điều chỉnh tốc độ đợc thực hiện trên mạchkích từ nên tổn thất năng lợng ít, mang tính kinh tế Thiết bị đơn giản

1.3.2.3 Điều khiển bằng phơng pháp thay đổi điện áp phần ứng.

Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điềuchỉnh điện áp trên mạch phần ứng thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi Để tránhnhững biến động lớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phơngpháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng th-ờng đợc áp dụng cho động cơ một chiều kích từ độc lập

b

Hình 1.11 : Sơ đồ nguyên lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:ý và sơ đồ thay thế khi điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phơng

pháp thay đổi điện áp phần ứng.

Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộnguồn điều áp nh: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặckhuếch đại từ… Các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lới

điện thành dòng một chiều và điều chỉnh giá trị sức điện động của nó chophù hợp theo yêu cầu

Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

f u

K

R R K

U

2

) ( 

K

R R K

Dòng điện ngắn mạch : Iu=

u

u

R U

 Khi giảm Uu<Udm…

Hình 1.12 : Đặc tính cơ động cơ 1 chiều kích từ độc lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:ập

Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứngthực chất là giảm áp và cho ra những tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức dm.

Đồng thời điều chỉnh nhảy cấp hay liên tục tùy thuộc vào bộ nguồn có điện

áp thay đổi một cách liên tục và ngợc lại

Theo lý thuyết thì phạm vi điều chỉnh D = ∞ Nhng trong thực tế

động cơ điện một chiều kích từ độc lập nếu không có biện pháp đặc biệt chỉlàm việc ở phạm vi cho phép: Umincp = Uđm/10, nghĩa là phạm vi điều chỉnh:

Nhận xét: Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

đặt vào phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đờng đặc tính cơ nên

đợc dùng nhiều trong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn tốc độ

định mức  <dm

* Ưu điểm: Đây là phơng pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là

có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lýtởng

* Nhợc điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi đợc nên vốn

đầu t cơ bản và chi phí vận hành cao

1.4 Các hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng điện áp phần ứng.

1.4.1 Hệ thống điều khiển máy phát - động cơ (F-Đ).

Hệ hoạt động trên nguyên tắc: khi thay đổi Uđk thì UKF = Ud sẽ thay

đổi theo Do Ud thay đổi nên dẫn đến dòng điện IKF thay đổi v từ thông μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản 

F cũng biến đổi, từ đó Ef biến đổi v l m cho điện áp phầnμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ứng Uu động cơthay đổi Nh vậy Uương 1: Các ph u của động cơ thay đổi ta có thể thay đổ tốc độ độngcơ

Hình 1.13 : Sơ đồ nguyên lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:ý hệ thống máy phát - động cơ.

Hệ cho phép hạn chế dòng diện v mômen động cơ nhờ có khâuμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnphản hồi âm dòng điện v tốc độ (qua máy phát tốc), dòng điện v môμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnmen đ ợc hạn chế d ới giá trị cho phép trong các tr ờng hợp khởi động,ương 1: Các ph ương 1: Các ph ương 1: Các ph

hãm, đảo chiều, quá tải lớn v ngắn mạch Ngo i ra hệ còn c ỡng bứcμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ương 1: Các phquá trình khởi động Thực hiện đảo chiều quay động cơ bằng cách đảochiều điện áp kích từ UKF, dòng kích từ v theo đó từ thông sẽ đảo chiều.μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

Động cơ đ ợc đảo chiều quay Hệ F - Đ cho phép động cơ l m việc trênương 1: Các ph μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảncả 4 góc phần t của mặt phẳng toạ độ Các chỉ tiêu chất l ợng của hệ F-ương 1: Các ph ương 1: Các ph

Đ về cơ bản t ơng tự nh chỉ tiêu của hệ điều áp dùng bộ biến đổi nóiương 1: Các ph ương 1: Các phchung

độ Do những nh ợc điểm nói trên hiện nay hệ máy phát có xu h ớngương 1: Các ph ương 1: Các ph

đ ợc thay thế bằng hệ điều áp dùng bộ biến đổi van - động cơ.ương 1: Các ph

1.4.2 Hệ thống điều khiển tốc độ bằng băm áp một chiều.

Hình 1.14: Hệ thống điều khiển bằng băm áp.

Nguyên lí hoạt động của hệ thống (hình 1.15): Khi ta đóng khoá K,

điện áp phần ứng của động cơ đ ợc cấp ương 1: Các ph Uu=U Dòng điện chạy từ nguồn

v o cuộn dây phầnμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ứng tăng dần theo h m mũ Khi khoá K cắt, động cơ đμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

-ợc cắt ra khỏi nguồn U v đóng kín mạch qua Điode μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản V0 dòng điện đ ợcương 1: Các phduy trì nhờ năng l ợng tích luỹ trong điện cảm ở mạch phần ứng v nóương 1: Các ph μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảncũng giảm dần theo h m mũ:μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

Tdt t Tdt

T

Tdt

t Tdt T

R

U e

e e

R

E U I

d

.1

Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:ý và hoạt động của hệ thống băm áp một chiều.

Nếu điện cảm đủ lớn, dòng điện sẽ đ ợc duy trì đến nửa chu kỳ sau,ương 1: Các ph

ta đ ợc dạng dòng điện dạng răng c a liên tục (chế độ dòng liên tục) Vìương 1: Các ph ương 1: Các phdòng điện phần ứng biến thiên theo thời gian v cụ thể l chu kì chuyểnμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnmạch khoá K, nên mômen v tốc độ động cơ cũng biến thiên theo thời gianμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

v hệ thống không có trạng thái xác lập tĩnh Vì vậy trong truyền độngμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

điện với yêu cầu mômen cản trên trục động cơ không đổi thì ph ơng phápương 1: Các ph

n y cho ta chất l ợng điều khiển không tốt.μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ương 1: Các ph

1.4.3 Hệ thống điều khiển tốc độ bằng chỉnh lu.

Để tạo ra bộ nguồn một chiều có điện áp thay đổi đợc, ngoài cácmáy phát điện một chiều, ngời ta còn dùng các bộ chỉnh lu có điều khiển.Vào những năm cuối của thập niên 70 thế kỷ trớc, khi công nghệ chế tạochất bán dẫn phát triển, đặc biệt là các tiristor chịu đợc dòng điện lớn và

điện áp cao thì các bộ chỉnh lu tiristor ra đời Các bộ chỉnh lu này ngàycàng phát triển mạnh mẽ vì có những u điểm nổi bật so với dùng nguồnmáy phát một chiều hoặc chỉnh lu dùng đèn khí:

- Có thể tạo ra những bộ nguồn công suất lớn hàng ngàn KW

mà các máy phát điện hoặc đèn thủy ngân cơ khí không thể tạo ra đợc

- Tổn thất điện áp trên đèn rất bé, chỉ khoảng từ 0,5V đến 1,5V

- Độ nhạy của hệ thống cao vì có tính quán tính điện từ bé

- Làm việc đợc ở những nơi di chuyển, chấn động mà máy phát điện, đèn khí, thủy ngân khó thực hiện đợc

- Hiệu suất cao

Hệ thống chỉnh lu đợc phân chia thành nhiều loại: chỉnh lu một phahay ba pha, đối xứng hay không đối xứng, có điều khiển hay không điềukhiển… Nhng trong phần này chỉ xin trình bày hệ thống chỉnh lu – dòng điện mạch phần ứng (A) độngcơ điện ba pha dùng linh kiện bán dẫn tiristor để điều khiển Hệ thống nàydùng để thay đổi điện áp và dòng điện ngõ ra bằng cách thay đổi thời điểm

đặt xung kích lên cực điều khiển của tiristor, từ đó có thể điều chỉnh tốc độcủa động cơ điện Việc điều chỉnh này thực hiện vô cấp và không cần tiếp

điểm

Hình 1.16 : Sơ đồ nguyên lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:ý hệ thống chỉnh lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:u tia 3 pha - động cơ.

Trong đó:

- BA: Máy biến áp chỉnh lu có nhiệm vụ:

+ Biến đổi điện áp nguồn Ung thành điện áp phù hợp U2 đặt lên bộchỉnh lu

+ Biến đổi số pha nguồn thành số pha phù hợp với bộ chỉnh lu

+ Đảm bảo cho nguồn và bộ chỉnh lu chỉ quan hệ với nhau về từ màkhông quan hệ trực tiếp về điện nên bảo vệ và điều chỉnh bộ chỉnh lu đợc

+ Biến đổi điện áp nguồn Ung thành điện áp phù hợp U2 đặt lên bộchỉnh lu.

+ Biến đổi số pha nguồn thành số pha phù hợp với bộ chỉnh lu

+ Đảm bảo cho nguồn và bộ chỉnh lu chỉ quan hệ với nhau về từ màkhông quan hệ trực tiếp về điện nên bảo vệ và điều chỉnh bộ chỉnh lu đợc

Chế độ làm việc của chỉnh lu phụ thuộc vào phơng thức điều khiển và

các tính chất của phụ tải Trong truyền động điện, tải của chỉnh lu thờng làcuộn kích từ ( L, R ) và mạch phần ứng động cơ ( R, L và E ) Để tiến hành

điều chỉnh tốc độ động cơ, ngời ta thay đổi góc mở α của tiristor sẽ thay

đổi đợc điện áp chỉnh lu, làm cho điện áp đặt lên phần ứng động cơ thay

đổi, làm cho tốc độ động cơ thay đổi theo

- Ưu điểm nổi bật của hệ truyền động chỉnh l u điều khiển - động cơương 1: Các ph

l độ tácμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản động nhanh, không gây ồn v dễ tự động hoá do các van bán dẫnμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

có hệ số khuếch đại công suất rất cao, rất tiện cho việc thiết lập các hệthống điều chỉnh tự động nhiều vòng để nâng cao chất l ợng các đặc tínhương 1: Các phtĩnh v các đặc tính độngμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản của hệ thống

- Nh ợc điểm chủ yếu của hệ truyền động chỉnh l u điều khiển -ương 1: Các ph ương 1: Các ph

động cơ l do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh l u raμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ương 1: Các ph

có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện, v ở các hệμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảntruyền động có công suất lớn còn l m xấu dạng điện áp của nguồn v l ớiμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ương 1: Các phxoay chiều Hệ số công suất của hệ nói chung l thấp.μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

Để l m rõ hơn về u điểm của các hệ chỉnh l u điều khiển động cơμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ương 1: Các ph ương 1: Các phmột chiều ta sẽ tìm hiểu các bộ nguồn chỉnh l u có điều khiển d ới đây.ương 1: Các ph ương 1: Các ph

Từ đó có sự lựa chọn hê truyền động tối u nhất cho việc điều khiển độngương 1: Các phcơ điện một chiều.

CHƯƠNG 2 CáC Bộ NGUồN CHỉNH LƯU Có ĐIềU KHIểN

Trong truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sửdụng bộ chỉnh l u - động cơ (CL – dòng điện mạch phần ứng (A) Đ) thì bộ biến đổi l mạch chỉnh l uương 1: Các ph μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản ương 1: Các ph

có điều khiển để điều chỉnh điện áp đặt v o phần ứng của động cơ Tuỳμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

theo yêu cầu cụ thể của truyền động điện m ta có thể sử dụng bộ chỉnhμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

l u thích hợp Một số sơ đồ chỉnh l u thông dụng l :ương 1: Các ph ương 1: Các ph μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

- Sơ đồ chỉnh l u cầu một pha có điều khiển.ương 1: Các ph

- Sơ đồ chỉnh l u tia ba pha có điều khiển.ương 1: Các ph

- Sơ đồ chỉnh l u cầu ba pha không đối xứng có điều khiểnương 1: Các ph

- Sơ đồ chỉnh l u cầu ba pha đối xứng có điều khiển.ương 1: Các ph

2.1 Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha có điều khiển.

Hình 2.1 .Sơ đồ chỉnh lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:u cầu một pha điều khiển đối xứng.

Hoạt động của sơ đồ:

+ Từ 0 điện áp UA> 0 Tại 1 cấp xung điều khiển T1 và T2

đồng thời nên T1, T2 cùng mở Ud= UAB

+ Tiristo sẽ mở từ 1 nếu tải thuần trở, nếu tải có L0 thì T1,

T2 sẽ đợc mở cho đến khi dòng điện bằng 0 Nếu L= thì T1, T2 sẽ đợc

mở cho đến khi T3, T4 đợc mở

+ Tại 2 cấp xung điều khiển cho T3, T4 đồng thời,UB > 0; UA < 0

do đó T3, T4 cùng mở Ud= UBA= -UAB

Tơng tự nh chu kì trớc T3, T4 sẽ đợc mở cho đến khi dòng điện bằng

không Nếu L= thì T3, T4 sẽ đợc mở cho đến khi T1, T2 đợc mở

- Giá trị điện áp trung bình trên tải

+ Khi tải thuần trở:

2

cos 1 9 ,

U d

+ Khi tải có L=∞: Ud= 0,9U2.cosα

+ Khi tải có L≠0: 0,9 2cos 2cos

R

Hình 2.2 : Đờng cong dòng điện và điện áp của chỉnh lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:u cầu 1 pha.

Nhận xét :

- Ưu điểm : Có thể điều khiển đợc điện áp trong dải rộng,làm việc ở cả

hai chế độ chỉnh lu và nghịch lu và có điện áp ngợc thấp

+ Tại 1 cấp xung điều khiển cho T1 với điện áp UA(+) có dòng

điện chạy từ A tới B Từ 1  : T1, D1 dẫn, tại  điện áp đổi dấu T2

dẫn, T2 khoá, D2 dẫn Năng lợng cuộn dây sẽ xả qua D1, D2 trong vùng

+ Với chỉnh lu cầu điều khiển không đối xứng kể cả tải thuần trởcũng nh tải có điện cảm ta không có phần âm điện áp nên không cóphần trả năng lợng về lới

+ Tại thời điểm mở T ta chỉ cần 1 xung mở tiristor

2.2 Sơ đồ chỉnh lu tia ba pha có điều khiển.

Hình 2.5 : Sơ đồ chỉnh lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:u tia 3 pha có điều khiển.

)

d t d U

6 5

6

) sin(

.

I

I 

- Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p chØnh lu: U d0  1 , 17 U2

- §iÖn ¸p ngîc trªn van: U ng  2 , 45U2

- Dßng ®iÖn phÝa thø cÊp: I2 = 0,58Id

- Dßng ®iÖn phÝa s¬ cÊp: I1 = 0,47.Id.Kba

- C«ng suÊt t¶i: Pd = Ud0.Id

- Công suất máy biến áp: Sba = 1,35Pd

 Nhận xét:

+ Mạch chỉnh lu có điều khiển cầu tia 3 fa có cấu tạo phức tạp, muốnmạch hoạt động đợc cần mắc biến áp để đa điểm trung tính ra tải, mỗi vanchỉ làm việc trong 1/3 chu kỳ vì vậy dòng điện trung bình chạy qua vannhỏ Mạch dùng nguồn ba pha nên công suất tăng lên rất nhiều, dòng điệntải đến vài trăm ampe

+ So với sơ đồ chỉnh l u cầu một pha thì sơ đồ chỉnh l u tia ba phaương 1: Các ph ương 1: Các ph

có chất l ợng điện áp v dòng điện cao hơn tuy nhiên độ đập mạch củaương 1: Các ph μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản

điện áp v dòng điện vẫn lớn Vùng dòng điện gián đoạn lớn khi điềuμ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnchỉnh sâu Sơ đồ chỉnh l u n y chỉ thích hợp với những động cơ khôngương 1: Các ph μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảnyêu cầu chất l ợng điện áp caoương 1: Các ph , có dải điều chỉnh điện áp hẹp vì khi điềuchỉnh sâu dòng điện sẽ bị gián đoạn

2.3 Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng.

Hình 2.7 : Sơ đồ chỉnh lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:u cầu 3 pha điều khiển không đối xứng.

Hình 2.8 : đờng cong điện áp và dòng điện sơ đồ chỉnh

lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:u cầu 3 pha điều khiển không đối xứng khi =30 °

Hoạt động:

+ Tại 1 cấp xung điều khiển cho T1 với UA(+)>UBvà UC nên T1 dẫnvì UB âm hơn nên D2 dẫn VE=VA ; VF=VB nên UEF=UAB Đến θ1 thì

VB=VC sau θ1 đến α2 thì T1 và D3 dẫn: UEF=UAC

+ Tại 2 cấp xung điều khiển cho T2 với UB(+)>UA và UC nên T2 dẫn

T1 khóa, từ 2 đến θ2 thì T2, D3 dẫn UEF=UBC Từ θ2 đến 3 có T2, D1 dẫn

do VA âm hơn VB, VC nên UEF=UBA

Các chu kỳ sau lặp lại nh trên

Nhận xét :

So với hai sơ đồ chỉnh l u trên thì sơ đồ chỉnh l u cầu có chấtương 1: Các ph ương 1: Các ph

l ợng điện áp tốt hơn nh ng với sơ đồ n y chỉ sử dụng cho những độngương 1: Các ph ương 1: Các ph μ một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sảncơ không có nghịch l u trả năng l ợng về l ới.ương 1: Các ph ương 1: Các ph ương 1: Các ph

Các thông số cơ bản :

- Giá trị trung bình của điện áp tải: ( 1 cos )

2

6 3

- Điện áp ngợc trên Tiristor và Diôt : U ng  6U2

2.4 Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng.

Hình 2.9 : Sơ đồ chỉnh lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:u cầu 3 pha điều khiển đối xứng.

Hình 2.10 : Đờng cong điện áp , dòng điện tải và điện áp ngợc, dòng điện trên van khi

=30 °.

Điện áp trên tải chính là hiệu giữa điện áp của nhóm catôt chung (T1, T3,

T5) và nhóm anôt chung (T2, T4, T6) Chính vì vậy việc phát xung mở chocác Tiristo cần tuân theo nguyên tắc:

Đối với nhóm K chung thì chỉ phát xung cho Tiristo có điện áp đặt vàoAnot là dơng nhất Đối với nhóm A chung thì ngợc lại chỉ phát xung choTiristo có điện áp đặt vào Katot là âm nhất

Nh vậy, với sơ đồ trên và dạng sóng điện áp nh hình vẽ, trong khoảng từ

Hình 2.11 : Đờng cong điện áp , dòng điện tải khi góc mở =60 °.

Hình 2.12 : Đờng cong điện áp , dòng điện tải khi góc mở =90 °.

Khác với bộ chỉnh lu cầu ba pha dùng toàn diot, bộ chỉnh lu cầu dùngtiristor đặt ra vấn đề về việc khởi động Ngoài việc phải tuân thủ theonguyên tắc phát xung nh trên ta cần phải phát thêm các xung đệm Nếu tachỉ đơn thuần dùng một xung mồi thì không có dòng điện chạy qua, vì rằngcác tiristor khác trên đờng dòng điện vẫn bị khóa

Trong khoảng từ

6

3

  , xung mồi chính đợc gửi đến T1 và đồng thời

có một xung đệm cũng đợc gửi tới T4 Nếu chỉ có một xung mồi đợc gửi

đến T1 thì khi đó do T4 không đợc mồi nên không có sự liên hệ về điện ápgiữa pha A và pha B, do đó T1 sẽ không thể mở đợc

Nh vậy để khởi động, mạch điều khiển phải tạo nên một xung khác sauxung đầu tiên một góc 3

Ngoài ra khi góc mở   60 0, khi bộ chỉnh lu đã làm việc bình thờng rồithì xung thứ hai không có tác dụng gì vì theo nh hình trên ta thấy khi taphát xung cho Tiristo của nhóm này thì luôn luôn có một Tirito của nhómcòn lại đang dẫn Tuy nhiên khi góc mở   60 0 thì nếu thiếu xung thứ haithì bộ chỉnh lu không thể làm việc đợc Chẳng hạn với góc mở   90 0:

Hình 2.13: Sự cần thiết của xung đệm khi góc mở lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:ớn.

Điều này có thể đợc lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:ý giải nh sau:

Giả thiết T5 và T4 đang dẫn nên VF = Vc, VG = Vb Nh vậy điện áp đặtlên T1 lúc này là Uac Khi phát xung cho T1 thì T1 sẽ mở vì Uac > 0 Sự mởcủa T1 làm cho T5 bị khóa một cách tự nhiên vì VF = Va > Vc Bây giờ dòng

điện chảy qua T1 và T4, điện áp đặt lên tải là điện áp dây Uab Ta thấy điện

áp trên nhóm K chung bám theo điện áp của pha A từ điểm I đến điểm J

nh hình vẽ Tại điểm J điện áp Uab = 0 và có xu hớng âm chính vì vậy T1 bịkhóa Tại điểm K phát xung X6-1 để mở T6 (Vc âm nhất), tuy nhiên lúc này

do bên K chung không có tiristor nào dẫn cả nên nó giống nh cha đợc khởi

động, bởi vậy T6 cũng không thể đợc mở Chính vì vậy tại điểm K ngoàiviệc phát xung chính cho T6 ta cần cung cấp thêm một xung đệm X1-2 cho

T1 Khi đó cả hai tiristor này đều mở (Vì Uac > 0) và điện áp trên nhóm Kchung lại bám theo điện áp của pha A (đoạn KL)

Với góc mở   30 0:

Hình 2.14: Sự cần thiết của xung đệm khi góc mở nhỏ.

Giả thiết T5 và T4 đang dẫn nên VF = Vc, VG = Vb Nh vậy điện áp đặtlên T1 lúc này là Uac Khi phát xung cho T1 thì T1 sẽ mở vì Uac > 0 Sự mởcủa T1 làm cho T5 bị khóa một cách tự nhiên vì VF = Va > Vc Bây giờ dòng

điện chảy qua T1 và T4, điện áp đặt lên tải là điện áp dây Uab Điện áp VK =

VA Đến điểm I khi điện áp Uab cha bằng 0, tức T1 vẫn đang dẫn thì T6 đã

đ-ợc phát xung và mở (vì Vc âm nhất) Vì vậy điện áp đặt lên tải lúc này là

Uac và T1 sẽ tiếp tục dẫn cho đến khi T3 đợc kích mở và điện áp VK sẽ bámtheo điện áp pha A đến điểm J Điều đó chứng tỏ xung đệm X1-2 không cóvai trò quan trọng khi mà bộ chỉnh lu đã đợc khởi động

Bộ chỉnh lu cầu điều khiển đối xứng luôn đợc dùng cho những ứngdụng cần điều khiển điện áp, tức là có góc mở thay đổi Chính vì vậy mạch

điều khiển của bộ chỉnh lu cầu điều khiển đối xứng luôn đợc thiết kế đểphát hai xung mồi, mỗi xung cách nhau 600

Từ đây ta có thứ tự phát xung nh sau:

Thời điểm Xung chính Xung đệm Van bị khóa

Theo dạng sóng điện áp ta thấy điện áp trên tải đập mạch bậc sáu và trị

số đỉnh của nó bằng điện áp dây Điện áp trung bình trên tải đợc tính theo

3 t d t sin U 2

6 t d u

Trong đó U f f max là điện áp dây cực đại

Khi góc mở α nhỏ, dạng sóng điện áp trên tải đập mạch bậc sáu; nhngkhi góc mở lớn điện áp trên tải sẽ có phần âm Theo công thức tính điện áptrung bình trên tải ta thấy khi  90 0 điện áp trung bình trên tải là âm tuynhiên dòng điện vẫn chảy theo chiều cũ Lúc này mạch không làm việc ởchế độ chỉnh lu mà làm việc ở chế độ nghịch lu

Nhận xét :

+ Độ bằng phẳng của dòng điện tốt

+ Công suất biến áp nhỏ,trị số tức thời của điện áp tải là điện ápdây vì dòng điện chạy từ pha có điện cao về pha có điện thấp

+ Dòng điện chạy qua mỗi van là 1/3 chu kì

+ Khó điều khiển vì phải cấp hai xung đúng thứ tự pha

+ Dùng van nhiều tổn hại lớn

1

2

) cos 1 (

Qua phân tích ta chọn hệ chỉnh lu cầu ba pha đối xứng là tối u nhất.

Bộ nguồn chỉnh lu cho động cơ điện một chiều, đòi hỏi sau khi quachỉnh lu thì điện áp phải là dòng điện một chiều có chất lợng điện áp tốt

Với yêu cầu của đầu bài là động cơ có thông số điện áp Ud = 220V

và dòng điện IU = 1,3A; dòng kích từ IKT = 0,3A nên có thể coi đây là tải có

điện áp và công suất nhỏ Sau khi đánh giá phân tích các tính năng của cácloại chỉnh lu về u và nhợc điểm đây là loại tải cần làm việc ở chế độ nghịch

lu hoàn trả năng lợng về lới và cần chất lợng điện áp tốt, yêu cầu chất lợng

điều khiển cao ta chọn sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng Tacần nguồn tải xoay chiều ba pha là có thể ghép mạch chỉnh lu cho mạch đ-ợc

Chơng 3 tính toán mạch động lực cho hệ truyền động3.1 Mạch động lực hệ truyền động

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:ý mạch động lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:ực cầu ba pha đối xứng.

P U

852 , 0 1 (

5 , 0

1 5 ,



Udm

Udm U

60 220

25 , 0

2

60

I n p

U L

dm dm

220

U K

Điện áp ngợc của van cần chọn :

Unv = Kdtu.Umax=1,8.230,38 = 415,44 ( V)

Trong đó: Kdtu hệ số dự chữ điện áp, chọn Kdtu= 1,8

+ Dòng điện làm việc của van đợc tính theo hiệu dụng: Ilv = Ihd= Khd.Ihd =

Id= 80 A

ILV =

) ( 18 , 46 3

+ Điện áp ngợc cực đại: U nv = 600(V)

+ Dòng lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:àm việc cực đại: I đmv = 125 (A)

+ Dòng điện đỉnh cực đại: I pik = 3000 (A)

+ Dòng điện xung điều khiển: I g = 300(A)

+ Điện áp xung điều khiển: U g = 3 (V)

+ Dòng điện tự giữ: I h = 100 (mA)

+ Thời gian chuyển mạch: 25s

+ Nhiệt độ lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:àm việc cực đại: T = 125 0 C

3.3 Tính toán máy biến áp chỉnh lu.

Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây /Y ,lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:àm mát tự nhiên bằng

S = Ks



d P

= 1,05.150000,852 = 18485,9(VA)

Pd: Công suất cung cấp cho động cơ của mạch chỉnh lu Pd

=15000( W)

2) Điện áp sơ cấp máy biến áp: U1=380(V)

3) Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:

Udo: Điện áp hạ trên hai đầu tải lớn nhất mà mạch chỉnh lu cấp

số cosmin hệ số suy giảm điện áp lới Thờng là cosmin = cos10o góc dựtrữ khi có sự suy giảm điện áp lới Từ phơng trình cân bằng điện áp ta có:



10 cos

2 , 13 0 8 , 1 2 220 cos

v d

do

U U

U U

Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:

34 , 2

45 , 240

4) Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp:

I2 = K2 .Id = 0,82.80 =65,6 (A) với K2 = 0,82 theo bảng 1.2 sách Tínhtoán thiết bị điện tử công suất(Trần Văn Thịnh)

5) Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: I1= kba.I2 =

) ( 75 , 17 6 , 65 380

85 ,

Q

Fe 

kQ : hệ số phụ thuộc phơng thức làm mát kQ=6

m : số pha của máy biến áp m=3

f : tần số của dòng điện xoay chiều f = 50 Hz

) ( 6 , 66 50

3

9 , 18485

7) KÝch thíc trô d©y dÉn h×nh vu«ng:

) ( 16 , 8 6 ,

66 cm Q

TiÕt diÖn trô ch÷ nhËt QFe = a.b=8,5.8,5=72,25(cm2 )

Chän chiÒu cao trô h=2,5.a=2,5.8,5=21,25(cm) chän chiÒu cao trôh=22cm

TÝnh to¸n d©y quÊn:

10) Sè vßng d©y cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p:

) ( 9 , 236 10

25 , 72 50 44 , 4

380

44 ,

U W

T Fe

13) TiÕt diÖn d©y dÉn s¬ cÊp:

2 1

1 1

17,75

7,1( ) 2,5

6 ,

65,6 27,90

I J S

Thực hiện kiểu dây cuốn đồng tâm bố trí dọc trục.

17) Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp dây cuốn:

12

2

2 12 2.0,5

.0,95 19,36 1,03

g c n

h = 22 (cm) chiều cao trụ

hg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp chọn hg=0,5(cm)

d2n = 0,93+0,1=1,03 (cm) đờng kính kể cả cách điện

18) Tính sơ bộ số lớp dây cuộn thứ cấp:

2 12 12

64 3,37 19

W n W

16.10,3

173, 47( ) 17,34( ) 0,95

n c

at2= a2 + 2.S02 = 9,3 + 2.0,1 = 9,5 (cm)25) Chọn bề dày giữa 2 lớp cuộn dây thứ cấp: cd22= 0,01cm = 0,1mm.26) Bề dầy của cuộn dây thứ cấp cần tính:

Bd2 = d2n.n12 + cd22.n12=(3,05+1).4+0,1.3= 16,5(mm)27) Kích thớc ngoài của cuộn thứ cấp:

an2=at2+2.Bd2=9,5+2.1,65=12,8 (cm)28) Chiều dài vòng dây trong cùng cuộn thứ cấp:

l21 = 4.at2= 4.9,5 = 38(cm)29) Chiều dài vòng dây ngoài cùng cuộn thứ cấp:

l22=4.an2= 4.12,8=51,2(cm)

2

2 , 55 42 2

22 21

30) Chiều dài cuộn thứ cấp:

L2=W2.ltb2=64.44,6.10-2 = 2854,4 (cm) = 28,544( m)

31) Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp : cd12= 1,0 cm

Kết cấu dây cuốn sơ cấp (Cao áp):

32) Chiều cao sơ bộ sơ cấp:

h1= h2= 22 (cm)

33) Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp dây quấn sơ cấp:

) ( 8 , 61 95 , 0 38 , 3

35) Chọn số lớp dây sơ cấp n11 = 4 lớp; chọn 3 lớp đầu có số vòng là

W11=60 vòng,lớp 4 có 57 vòng

36) Chiều cao thực tế cuộn sơ cấp:

95 , 0

88 , 3 60 1

k

d W

c

37) Kích thớc trong của cuộn sơ cấp:

at1= an2 + 2.cd12 = 12,8+2.1= 14,8(cm)

38) Chọn bề dày cách điện giữa các lớp ở cuộn sơ cấp: cd01=0,1mm

39) Bề dầy của cuộn thứ cấp:

12 11

Ta có QFe=8,5cm2 tiêu chuẩn hóa → QFe=8,5.8,5 cm2

Trong đó : a - kích thớc của trụ

Để đơn giản trong việc chế tạo gông từ ta chọn gông có tiết diệnhình vuông và có kích thớc giống nh nh trụ

45) Diện tích cần có của cửa sổ: Qcs = Qcs1 + Qcs2

Trong đó: Qcs1 = k1d W1 Scu1 ; Qcs2 = k1d W2.Scu2 ; klμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:d : hệ số lμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:ấp đầy của dây cuốn chọn klμ phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:d= 3

Qcs = kld (W1.SCu1+W2SCu2) =3.(237.7,306 + 64.27,9) =10551,366( mm2)46) Ta có a = 8,5cm và h=22cm

H = h+2a = 22+2.8,5 = 39 (cm) (z = 2 v× lµ m¸y biÕn ¸p 3 pha)48) ChiÒu réng m¹ch tõ:

C =2c +xa = 2.12 +3.8,5 =49,5(cm) (x=3 v× m¸y biÕn ¸p 3 pha cã 3 trô)49) TiÕt diÖn g«ng: Qbg = a.a = 8,5.8,5 = 72,25 (cm2)

50) Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ:

) ( 0019 , 1 25 , 72 64 50 44 , 4

10 85 , 102

44 , 4

4 2

Q W f

U B

Vcu=3.(SCu1l1+SCu2l2)= 3.(10,83.1534,1 + 7,963.285,44)= 5,6383(dm3)55) Khối lợng đồng:

Mcu=Vcu.mcu = 5,6383.8,9 = 50,17(kg)

Tính các thông số của máy biến áp chỉnh lu:

56) Điện trở trong các cuộn dây sơ cấp máy biến áp ở 75oC:

06 , 7

41 , 153 0213 , 0

) ( 022 , 0 9 , 027

544 , 28 02133 , 0

237

64 ( 463 , 0 022 , 0 )



W

W R

59) Sụt áp trên điện trở máy biến áp:

) ( 48 , 4 80 056 , 0

65 , 1 382 , 1 1 ) 22 ,

2

5 , 9

( 8

9 2

2

7 2

1 12

R w

a c

Lba= 0,044 3

0,14.10 ( ) 0,14( ) 314

ba X

2 2

V U

2 2

100 241 100

.(

3 ,

4 , 140 100

6 , 65 056 , 0

6 , 65 04 , 0 100

2 2

85 , 102

80 220

, 65 056 , 0

I R



3.4.1 Xác định góc mở cực tiểu v c à c ực đại.

min  10

 Với gúc mở  min là c dựtrữ để cú thể bự được sự giảm điện ỏp lưới

+ Khi gúc mở nhỏ nhất    min thỡ điện ỏp trờn tải là c lớnnhất :

min max

34 , 2 cos cos

U

U ar U

u uddm

D

U R

I U

R I U n

cos 85 , 102 34 , 2

2 , 31 cos cos

d

d



3.4.2 Xác định các thành phần sóng hài.

Để thuận tiện cho việc khai triển chuỗi Furier ta chuyển gốc toạ độ sang

điểm 1 (thời điểm mở tiristor), khi đó điện áp tức thời trên tải khi tiristor1

.

6U2Cos U

Điện áp tức thời trên tải Ud không sin và tuần hoàn với chu kì:

3 6

2

p

Trong đó p 6 số xung đập mạch trong một chu kì điện áp lới

Khải triển chuỗi Furier của điện áp U d ta đợc:

0

2

6 sin

6 cos

km k

n n

6 6 ).

6 cos(

.