đồ án điện tử công suất chinh luu 3 pha (tong)

qua tìm hiểu một số sơ đồ mạch chỉnh lưu trên yêu cầu đồ án với số liệu: Pđm=15kw, Udm=220kv, nuy đm= 0,85, nđm=1650vp, Rư=0,114 ôm, Wkt=1650 vòng, J=0,64kgm2, Kn= 1,5 1,8; kd= 1,1 1,4. =>Idm= Pđm Udm.nuy đm=80,2 A Ta thấy Pđm= 15kw công suất nhỏ và Udm nhỏ, Idm=80,2 A lớn nên dùng sơ đồ hình tia. vậy để phù hợp với yêu cầu đề đồ án đưa ra ta chọn sơ đồ hình tia ba pha thyristor

Mục lục

CHƯƠNG Ι: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

I GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU……… 03

II CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU………… 03

1.Phần tĩnh hay stato……… 03

2.Phần quay rotor ……… 04

3.Các trị số định mức……… 04

III PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU……… 05

1.Phương trình đặc tính cơ 05

2.Xét các ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ 07

IV CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP ……… 09

1.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ……… 09

2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thong……… 10

3.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng……… ……… 10

CHƯƠNG ΙΙ: TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU

I CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA THYRISTOR……… 12

Nguyên lý hoạt động……… 12

II MẠCH CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA DIODE……… 15

Xét trường hợp tải R+L với giả thiết dòng tải bằng phẳng và liên tục ……… 15

III MẠCH CHỈNH LƯU HÌNH CẦU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN……… 17

Xét với tải R+L+E……… 17

IV KẾT LUẬN……… 20

CHƯƠNG ΙΙΙ:TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC Ι TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC……… 22

Tính chọn van động lực……… 22

ΙΙ TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP……… 23

1.Thông số cơ bản……… 24

2 Kết cấu dây dẫn sơ cấp……… 25

3 Kết cấu dây quấn thứ cấp……… 26

4 Kích thước mạch từ……… 27

5 Khối lượng của sắt và đồng ……… 29

6 Các thông số của máy biến áp ……… 29

ΙΙΙ THIẾT KẾ CUỘN KHÁNG LỌC ……… 33

1.Xác định góc mở cực tiểu và cực đại……… 32

2 Xác định các thành phần sóng hài 32

3.Xác định điện cảm cuộn kháng lọc……… 34

4.Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc……… 35

CHƯƠNG ΙV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ HỆ THỐNG BẢO VỆ Ι TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ……… 40

3.Thiết kế mạch nguyên lý……… 40

4.Bộ tạo xung chùm……… 42

5.Tầng khuyếch đại xung……… 43

6.Nguồn nuôi mạch điều khiển……… 43

ΙΙ TÍNH TOÁN CHỌN LINH KIỆN……… 44

1.Đối tượng và yêu cầu điều khiển……… 44

2.Tổng quan về các linh kiện trong mạch điều khiển……… 44

ΙΙΙ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ……… 45

1.Máy biến áp xung……… 45

2.Tính tầng khuyếch đại cuối cùng……… 46

3.Chọn tụ C và điện trở R……… 46

4.Tính chọn bộ tạo hàm cosωtt……… 46

5.Tính chọn khâu so sánh……… 46

6.Tính chọn khâu đồng pha……… 47

7.Tính toán máy biến áp đồng pha……… 47

8.Tính toán nguồn nuôi……… 47

IV MẠCH BẢO VỆ……… 48

1.Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn……… 48

2.Bảo vệ quá dòng điện cho van……… 48

3.Bảo vệ quá điện áp cho van……… 49

CHƯƠNG V : KẾT LUẬN VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 50

CHƯƠNG Ι: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC

LẬP

 I GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU :

Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong côngnghiệp,giao thông vận tải và nói chung trong các thiết bị cần điều chỉnhtốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng Máy điện một chiều có thểlàm việc cả hai chế độ máy phát và động cơ Khi máy làm việc ở chế độmáy phát công suất đầu vào là công suất cơ còn công suất đầu ra là côngsuất điện Động cơ quay roto máy phát điện một chiều có thể là turbinegas, động cơ điesel hoặc là động cơ điện Khi máy điện một chiều làmviệc ở chế độ động cơ, công suất đầu vào là công suất điện còn công suấtđầu ra là công suất cơ

Cả hai chế độ làm việc, dây quấn đông cơ điện một chiều đều quaytrong từ trường và có dòng điện chạy qua

SĐĐ phần ứng động cơ điện một chiều tính theo công thức:

Eư = kEn = kM 

Mômen điện từ tính theo công thức

M = kMIưPhương trình cân bằng điện áp của động cơ :

U = Eư + Rư * Iư

II CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU :

vỏ máy nhờ các bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng cáchđiện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩmsơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ đặt trêncác cực từ này được nối nối tiếp với nhau

b) Cực từ phụ :

Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổichiều Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thâncực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ

c) Gông từ :

Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ , đồng thời làm vỏmáy trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hànlại , Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong máy điệnnhỏ dùng gang làm vỏ máy

d) Các bộ phận khác :

Các bộ phận khác gồm có :

-Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng

dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điệnnhỏ và vừa , nắp máy còn có tác dụng làm giá đở ổ bi Trong trường hợpnày nắp máy thường làm bằng gang

-Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài

Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một

lò xo tì chặt lên cổ góp

Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá

Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại

2.Phần quay rotor :

Phần quay gồm có những bộ phận sau :

a) Lõi sắt phần ứng :

Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỷthuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặtrồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép códập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

b) Dây quấn phần ứng :

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạyqua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ (công suất dưới vài kW) thường dùng dây có tiếtdiện tròn Trong máy điện vừa và lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữnhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rảnh của lõi thép

c) Cổ góp :

Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều ) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

d) Các bộ phận khác :

-Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy

-Trục máy : Trên đó đặt lõi sắt phần ứng , cổ góp cánh quạt và ổ bi

Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt

3.Các trị số định mức:

Chế độ làm việc định mức của máy điện một chiều là chế độ làm việctrong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định.Chế độ đó đươc đặctrưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượngđịnh mức Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng sau :

Công suất định mức: Pđm (KW hay W);

Điện áp định mức: Uđm (V);

RKT CKT

Rf Uư

IKT E

UKT Hình 1-5

Dòng điện định mức: Iđm (A);

Tốc độ định mức: nđm (vg/ph)

Ngoài ra còn ghi kiểu máy , phương pháp kích từ , dòng điện kích từ vàcác số liệu về điều kiện sử dụng

III PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU :

Quan hệ giửa tốc độ và mômen động cơ gọi là đặc tính cơ của 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

Ở án này ta xét về động cơ điện một chiều kích từ độc lập là một dạngđặc biệt của động cơ điện một chiều, khi mạch phần ứng không liên hệtrực tiếp về điện với mạch kích từ Nếu máy có công suất nhỏ, thì cực từchính thường làm bằng năm châm vĩnh cửu, còn máy có công suất lớn cần

có nguồn kích từ riêng để điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng

Theo sơ đồ hình (1-5) ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp củamạch phần ứng như sau:

Uư = Eư + (Rư +Rf)Iư ( 1-1)

Trong đó:Uư - điện áp phần ứng, (V)

Eư - sức điện động phần ứng,(V)

Rư - điện trở của mạch phần ứng, ()

Rf - điện trở phụ trong của mạch phần ứng, ()

Với: Rư = rư + rcf + rb + rct

Trong đó: 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 than

Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:

Eư =   k

a

pN

2

Trong đó: p - số đôi cực từ chính.

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

A - số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

 - tốc độ góc,rad/s.

k = a

pN



2 - hệ số cấu tạo của động cơ.

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

Mặt khác, mômen điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi:

Suy ra: Iư = K

M dt

.Thay giá trị Iư vào (1-4) ta được:

f

M K

R R K

U

2

)( 

đó ta được:

Eư =

M K

R R K

2)( 

Theo các đồ thị trên, khi Iư= 0 hoặc M = 0 ta có:

­

(1-8)

0: gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ

b Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Rf3

Còn khi  = 0 ta có: Iư = f nm

I R R

Inm,Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch

Mặt khác từ phương trình đặc tính (1-4) và (1-7) cũng có thể được viết dưới

dạng:

Eư =   K o  

RI U

2

) ( K

R I

K

R

2

) ( 







: gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M

2.Xét các ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ:

Từ phương trình đặc tính cơ (2-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởngđến đặc tính cơ: Từ thông động cơ , điện áp phần ứng Uư, và điện trở

phần ứng động cơ.Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó:

a) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:

Giả thiết rằng Uư=Uđm= Const và  = đm=const

Muốn thay đôi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rfvào mạch phần ứng

Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:

Eo =

const K

U dm

dm 

 *

Độ cứng đặc tính cơ:

var )

K M

­





Khi Rf càng lớn  càng nhở nghĩa là

0 01 02 03 04

Uđm U1 U2 U3 U4 Mc

Hình 1-8

M(I)

02 01 0

2 1 đm

2

) ( 







(1-11)

TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả

cá đường đặc tính có điện trở phụ Như vậy khi thay đổi điện trở Rf tađược một họ đặc tính biến trở như hình (2-5) ứng với mổi phụ tải Mc nào

đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắnmạch và mômen ngắn mạch củng giảm Cho nên người ta thường sửdụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động

cơ phía dưới tốc độ cơ bản

b).Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:

Giả thiết từ thông  = đm= const, điện trở phần ứng Rư = const Khithay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm, ta có:



Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một

họ đặc tính cơ song song như trên (Hình 2-4)

Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch,dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ củng giảm ứngvới một phụ tải nhất định Do đó phương pháp này củng được sử dụng đểđiều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động

c).Ảnh hưởng của từ thông :

Giả thiết điện áp phần ứng Uư= Uđm= const Điện trở phần ứng Rư = const.Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ Trong trườnghợp này:

Tốc độ không tải : Eox = var



x

dm K U

SVTH: LÊ THANH TÒNG KTĐ K7 8

Hình 1-9

Đồ án: Điện tử công suất GVHD: TS NGÔ XUÂN CƯỜNG

Dòng điên ngắn mạch: Inm =

const R

U dm



­

Các đặc tính cơ điện và đặc tính của động cơ khi giảm từ thông được

biểu diễn ở hình (1-9)a Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ

làm việc của động cơ khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên, như ở

hình (1-9)b

KÍCH TỪ ĐỘC LẬP :

1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ:

Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều

chỉnh điện áp trên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay

đổi Để tránh những biến động lớn về gia tốc và lực động trong hệ điều

chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp trên

mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ một chiều kích từ độc

lập

Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ

nguồn điều áp như: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc

khuếch đại từ… Các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của

lưới điện thành dòng một chiều và điều chỉnh giá trị sức điện động của nó

cho phù hợp theo yêu cầu

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

Ta có tốc độ không tải lý tưởng: no = Uđm/KEđm

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

áp đặt vào phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính

cơ nên được dùng nhiều trong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ

hơn ncb

*Ưu điểm: Đây là phương 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 lý

tưởng

*Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn

đầu tư cơ bản và chi phí vận hành cao

2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông:

M K

K

R R K

U n

M E

f u E

UKT

Hình 1-10 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông.

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điềuchỉnh moment điện từ của động cơ M = KMIư và sức điện động quaycủa động cơ

Eư = KEn Thông thường, khi thay đổi từ thông thì điện áp phầnứng được giữ nguyên giá trị định mức

Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suấttrung bình, người ta thường 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 điệncông suất lớn thì dùng các bộ biến đổi đặc biệt như: máy phát, khuếchđại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến đổi van…

Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông Nếu tăng từthông thì dòng điện kích từ IKT sẽ tăng dần đến khi hư 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 Ta thấy lúc này tốc độ tăng lên khi từ thônggiảm: n = U/KE

Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép Khiđiều chỉnh tốc độ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động

cơ không thể đổi chiều dòng điện và chịu được hồ quang điện Do đó,động cơ không được làm việc quá tốc độ cho phép

Nhận xét: Do quá trình điều chỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từnên tổn thất năng lượng ít, mang tính kinh tế, thiết bị đơn giản

3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng:

Trong phương pháp này điện trở phụ được mắc nối tiếp với mạchphần ứng của động cơ theo sơ đồ nguyên lý như sau:

Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trênmạch phần ứng được giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việcxác lập với tốc độ n1 ta đóng thêm Rf vào mạch phần ứng Khi đó dòngđiện phần ứng Iư đột ngột giảm xuống, còn tốc độ động cơ do quán tínhnên chưa kịp biến đổi Dòng Iư giảm làm cho moment động cơ giảm theo

và tốc độ giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n2 với n2> n1.Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < ncb Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm Đồng thời dòngđiện ngắn mạch In và moment ngắn mạch Mn cũng giảm Do đó, phương

pháp này được dùng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dưới tốc

độ cơ bản Và tuyệt đối không được dùng cho các động cơ của máy cắtkim loại

Hình 1-11: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay

đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng.

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

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

*Nhược 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 ổnđịnh tốc độ khi phụ tải thay đổi càng kém Tổn hao phụ khi điều chỉnhrất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng tăng

=> Phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp phần ứng mangtất cả các ưu điểm của việc điều khiển động cơ, cộng với đó là tính ưu việtcủa bộ chỉnh lưu như rất gọn nhẹ, không tổn hao nhiều công suất Nên trong

đồ án này, ta chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ kích từ độc lặpbằng cách thay đổi điện áp phần ứng

Hình 1.2 : Sơ đồ dạng sóng tia 3 pha

Hình 1.1: Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha

T3 T2

T1 A

B

C

a b c

CHƯƠNG ΙΙ: TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU

Như đã tìm hiểu về động cơ một chiều ở chương Ι Ta thấy, nguồncấp cho động cơ một chiều có thể dung bộ biến đổi một chiều Vì bộbiến đổi một chiều có thể thiết kế dễ dàng nhờ các mạch chỉnh lưu sửdụng van điều khiển, các mạch chỉnh lưu dễ dàng và có độ tin cậy cao

Do đó, ta tìm hiểu và thiết kế nguồn cấp một chiều, qua mạch chỉnh lưuđiện áp xoay chiều lấy từ lưới điện cho động cơ một chiều

Dưới đây là một số mạch chỉnh lưu thường sử dụng:

- Chỉnh lưu hình tia 3 pha diode

- Chỉnh lưu hình tia 3 pha thyristor

- Chỉnh lưu cầu 3 pha diod

I Chỉnh lưu hình tia 3 pha thyristor :

Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha:

Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Yo, 3 pha Thyristor nối vớitải như hình

Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu:

+Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so vớitrung tính

+Khi biến áp đấu hình sao (Y)trên mỗi pha A,B,C nối một van.3 catodđấu chung cho điện áp dương của tải ,còn trung tính biến áp, sẽ là điện áp

âm Ba pha này dịch góc 120o theo các đường cong điện áp pha ,có điện

áp của 1 pha dương hơn điện áp của 2 pha kia trong khoảng thời gian 1/3chu kì

+Nếu có các Thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phảidương hơn pha kia Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên

Góc mở tự nhiên:

+Góc mở α được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứngchuyển từ âm đến 0 (từ đóng sang khoá) cho đến khi bắt đầu đặt xungđiều khiển vào

+Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây

Trong đó : : góc dẫn

: góc chuyển mạch1.Nguyên lý hoạt động :

a) Xét khi góc mở 

Giả thiết tải : R, L,Eu , chuyển mạch tức thời

Điện áppha thứ cấp của máy biến áp:

u1= Umsinθ

u2= Umsin(θ− 2π

3 )3

*Nhịp V1: khoảng thời gian từ  1   2 Tại θ1 điện áp đặt lên u1> 0,

có xung kích khởi: T1 mở, khi đó:

{ u v1 =0 ¿ { u v2 = u 2 − u 1 <0 ¿¿¿¿

T1 mở, T2, T3đóng, lúc này:

+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1 : ud = u1

+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: id = Id = i1

+Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2 = i3 = 0

Trong nhịp V1: uV2 từ âm chuyển lên 0, khi uV2 = 0 thì T2 mở, lúc nàyuV1 = u1 – u2 = 0 và bắt đầu âm nên T1đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp

*Nhịp V2: từ  2   3

Lúc này : { u v2 =0 ¿ { u v1 = u 1 − u 2 ¿¿¿¿

T2 mở, T1, T3đóng

+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: ud = u2

+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2: id = Id = i2+Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i1 = i3 = 0

Trong nhịp V2: uV3 từ âm chuyển lên 0, khi uV3 = 0 thì T3 mở, lúc này uV2 = u2 – u3 = 0 và bắt đầu âm nên T2đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịpV3

+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3: ud = u3

+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 3: id = Id = i3+Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i1 = i2 = 0

Trong nhịp V3: uV1 từ âm chuyển lên 0, khi uV1 = 0 thì T1 mở, lúc này uV3 = u3 – u1 = 0 và bắt đầu âm nên T3đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịpV1

Trong mạch ,dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trởdòng điện id cùng dạng sóng ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện càngtrở nên bằng phẳng hơn, khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id

= Id

Trị trung bình của điện áp tải:

5 6

2

6

3 6 2

+Chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện một chiều tốt hơn

+Biên độ điện áp đập mạch tốt hơn

+Thành phần sóng hài bậc cao bé hơn

+Việc điều khiển các van bán dẫn cũng tương đối đơn giản hơn

Dòng điện mỗi cuộn thứ cấp là dòng điện 1 chiều ,do biến áp 3 pha 3 trụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng

làm cho công suất biến áp phải lớn Khi chế tạo biến áp động lực, các cuộn dây thứ cấp phải đấu sao(Y) ,có dây trung tính phải lớn hơn dây pha

vì dây trung tính chịu dòng tải

II Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha diode

1 Xét trường hợp tải R+L với giả thiết dòng tải bằng phẳng và lien tục

b Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch

Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng và điện áp phía thứ cấp là điện áp hình sin lần lượt là

u a=√2U2sin ωtt ( v ) ,u b=√2U2sin(ωtt 1200¿) (v ) , u c=√2U2 sin ¿ ¿

+ Trong khoảng π6<ωtt <5 π

6 , thì D1 phân cực thuận nên dẫn điện còn

D2và D3 bị phân cực ngược, nên không dẫn điện, khi đó có dòng điệnqua tải iD1 = id ; iD2 = iD3 = 0, uD1 = 0; uD2 = uba< 0; uD3 = uca< 0 ; ud = ua>0

+ Trong khoảng 5π6<ωtt <9 π

6thì D2 phân cực thuận, nên dẫn điện.CònD1 và D3 bị phân cực ngược, nên không dẫn điện Khi đó có dòngđiện chạy qua tải iD2 = id ; iD1 = iD3 = 0, uD2 = 0; u D3 = ucb< 0; uD1 = uab< 0 ;

ud = ub> 0

+ Trong khoảng 9π6<ωtt <13 π

6 thì D3 phân cực thuận, nên dẫn điện.Còn D1 và D2 bị phân cực ngược, nên không dẫn điện Khi đó có dòngđiện chảy qua tải iD3 = itải ; iD1 = iD2 = 0, uD3 = 0; u D1 = uac< 0; uD2 = ubc<

0 ; utải = uc> 0

Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự

Khi D1 khóa, có điện áp ngược đặt trên D1:

uD1¿uaưub=√6 u 2.sin ⁡(θ+ π

6) Như vậy điện áp ngược lớn nhất đặt lên D 1 khi kóa là:

uD1= √6U2= 2,45 U2

III Mạch chỉnh lưu hình cầu ba pha không điều khiển

1 Xét với tải R+L+E

a> Sơ đồ nguyên lý:

ta có:

uD1= uD6 = 0; utải = uab> 0; uD3= uba< 0; uD5= uca< 0; uD4= uba< 0; uD2 = ubc<

0 iD1 = iD6 = itải ; iD2 = iD3 = iD4 = iD5 = 0

+ Trong khoảng  t = 3  6 đến 5  6 thì ua> ub> uc , nên cặp van D1 vàD2 dẫnđiện, còn các van khác bị phân cực ngược nên không dẫn điện.Khi đó ta có:

uD1= uD2 = 0; utải = uac> 0 ; uD3= uba< 0; uD3= uca< 0; uD4= uca< 0; uD5= ucb<

0 iD1 = iD2 = itải ; iD6 = iD3 = iD4 = iD5 = 0

+ Trong khoảng  t = 5  6 đến 7  6 thì ub> ua> uc, nên cặp van D3 vàD2 dẫnđiện, còn các van khác bị phân cực ngược nên không dẫn điện.Khi đó ta có:

uD2= uD3 = 0; utải = ubc> 0 ; uD1= uab< 0; uD5 = ucb< 0; uD4= uca< 0; uD5 =ucb<0 iD2 = iD3 = itải ; iD1 = iD6 = iD4 = iD5 = 0

uD5 = uD4= 0; utải = uca> 0 ; uD1= uac< 0; uD3= ubc< 0; uD6 = uab< 0; uD2= uac<

0 iD5 = iD4 = itải ; iD1 = iD2 = iD3 = iD6 = 0

+ Trong khoảng  t = 11  6 đến 13  6 thì uc> ua> ub , nên cặp van D6

và D5dẫn điện, còn các van khác bị phân cực ngược nên không dẫn điện.Khi đó ta có:

uD6 = uD5 = 0; utải = ucb> 0 ; uD1= uac<0; uD3= ubc< 0; uD4 = uba< 0; uD2 = ubc<0; iD6 = iD5 = itải ; iD1 = iD2 = iD3 = iD4 = 0

+ Trong khoảng  t = 13  6 đến 15  6 thì ua> uc> ub , nên cặp van D1

và D6dẫn điện, còn các van khác bị phân cực ngược nên không dẫn điện.Khi đó ta có:

uD1= uD6 0; utải = uab> 0; uD3= uba< 0; uD5 uca< 0; uD4= uba< 0; uD2 ubc< 0iD1 = iD6= itải ; iD2 = iD3 = iD4 = iD5= 0

Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự

UDng max = √6 U2

d> Dạng sóng dòng điện, điện áp.

CHƯƠNG ΙΙΙ:TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC



Sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu động cơ một chiều (hệ truyền

động) kích từ độc lập:

- Sơ lược về mạch động lực: gồm có 3 thành phần chính; máy biến áp,

bộ nguồn chỉnh lưu thyristor, bộ lọc điện áp ra

+ Máy biến áp:

- Cung cấp điện nguồn có độ lớn phù hợp với yêu cầu tải

- Cách li áp nguồn của bộ chỉnh lưu với lưới điện Do đó, tải có thể

chạy ngắn mạch trong một thời gian ngắn

- Tác dụng lọc song hài bậc cao

- Tạo cảm kháng chuyển mạch, dó đó hạn chế biến dạng gây ra trong quá trình chuyển mạch…

+ Bộ nguồn chỉnh lưu thyristor:

- Là bộ phận quang trọng nhất của mạch động lực, đóng vai trò biến

đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều đặc lên phần

ứng của động cơ Ta có thể điều chỉnh giá trị điện áp ra qua đó dễ

Dễ thấy khi thay đổi góc α)= thì tốc độ ωt cũng thay đổi

+ Bộ lọc: nhiện vụ lọc bớt các thành phần xoay chiều nâng cao chất lượng

áp ra đảm bảo yêu cầu của tải

+ Bộ điều khiển: nhận tín hiệu điều khiển và tín hiệu đồng bộ, tạo xung kích mở thyristor với góc α)= xác định

- Khái quát về số liệu ban đầu:

+ Động cơ một chiều kích từ độc lập: Pđm= 15kW; Uđm= 220V;

ηđm=0,85; nđm= 1650v/p; Rư= 0,114Ω Rkt= 142 Ω; Wkt= 1650 vòng; J= 0,64kgm2

+ Nguồn điện lới xoay chiều 3 pha: 220/380V

+ Các hằng số cơ bản: kdtu= 1,5 ÷ 1,8; hệ số điện áp tải ku=3√6

Trong đó: kn; hệ số điện áp ngược (kn=√6)

Ud; điện áp tải của van

U2; điện áp nguồn xoay chiều của van

Để chọn van theo diện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp làm việc

Unv = kdt u Ulv = 1,8 × 460,58 = 829,04 (V)

Trong đó: kdt u : hệ số dự trữ ( kdt u =1,5÷ 1,8)

- Dòng điện làm việc của van:

Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua

van

Ilv = Ihd Dòng điện hiệu dụng Ihd = khd Id =0,58 × 80,2 = 46,5 (A)

Trong đó: khd : Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng.(khd =0,58)

Ihd : Dòng điện hiệu dụng của van

Id : Dòng điện tải

Idm v = ki Ilv = 1,1×46,5 = 51,15 (A)

Trong đó: Ki : hệ số dự trữ dòng điện ki=(1,1÷1,4)

Vậy thông số van là: Unv = 829,04 (V)

Idm v = 51,15 (A)

Chọn Thyristor loại T60N1000VOF với các thông sô định mức: (Tra bảngp2, sách dtcs Lê Văn Doanh, Trang 660)

-Dòng điện định mức của van: Idm = 60 (A)

-Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 1000 (V)

-Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 1400(A)

-Điện áp của xung điều khiển: Uđk = 1,4 (V)

-Dòng điện của xung điều khiển: Iđk = 150 (mA)

-Dòng điện rò: Ir = 25 (mA)

-Độ sụt áp trên van: ∆U = 1,8 (V)

-Tốc độ biến thiên điện áp

du

dt = 1000 V/s -Thời gian chuyển mạch : t cm= 180 µs

-Nhiệt độ làm việc cho phép : Tmax =125oC

ΙΙ TÍNH TOÁN CHỌN MÁY BIẾN ÁP:

Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơđồ đấu dây ∆∕Y, làm mát tự nhiênbằng không khí

THÔNG SỐ CƠ BẢN :2.1 Điện áp các cuộn dây:

Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:

U1 = Ud= 380 (V)

- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:

Udo.cos α)=min = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆Uba

Trong đó: Ud : Điện áp chỉnh lưu.

α)=min = 10° : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới

∆Uv = 1,8 (V) : sụt áp trên Thyristor

∆Udn ≈ 0 : sụt áp trên dây nối

∆Uba = ∆Ur + ∆Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp

Sơ bộ ∆Uba = 5% Ud = 220×5% = 11 (V)

2 Uv cos

=238,22(V)

Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2f =

do u

U

K = 238, 221,17 = 203,6(V)

2.2 Dòng điện các cuộn dây:

Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp:

2.3 Tiết diện sơ bộ trụ:

QFe = kQ .

ba

S

m f

Trong đó: Sba : Công suất biến áp.

kQ : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6 (biến áp khô)

m : Số pha máy biến áp (m=3)

f : tần số nguồn điện xoay chiều.(f = 50hz)Công suất biến áp nguồn cấp được tính :

Sba = kS Pdmax = kS×Udo×Id = 1,345 × 238,22 × 80,2 = 25696,55 (W)

Suy ra: Q Fe=6.√25696,553.50 =78,53(cm

2)2.4/Đường kính trụ :

Suy ra : chọn chiều cao trụ là 21 (cm)

TÍNH TOÁN DÂY QUẤN :2.7/Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp:

2.9/Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp:

Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô : J = 2÷2,75[A/mm2]

 Chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2)

2.10/Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

S 1=¿ 35,04

2,75 =12,7(mm 2)

Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B

Kích thước dây có kể cách điện: S1 cd = a1 b1 = 2,55 5 =12,75 (mm)2.11/Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:

Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B

Kích thước dây có kể cách điện: S2 cd = a2 b2 = 3,75 6,3(mm2)

2.13/Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:

Trong đó : h - chiều cao trụ

hg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp hg = 1,5 (cm)

Kc - hệ số ép chặt kc = 0,952.15/ Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp:

W 2

W 1

W

1 W 2

h g

Cd n

Hình 2-2 :Bố trí cuộn dây biến áp