Thiết kế hệ thống truyền động hệ tđ có đảo chiều dùng chỉnh lưu cầu ba pha

Thiết kế hệ thống truyền động hệ tđ có đảo chiều dùng chỉnh lưu cầu ba pha luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp GVHD:ThS Khương Công Minh ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường Đại Học Bách Khoa Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

*k* BRR RR

NHIEM VU

THIET KE TOT NGHIEP Ho va tén sinh vién : Nguyén Minh Anh lớp : 03DTD

Ngành : Tự Động Ðo Lường Khoa Điện Trường ĐHBK Đà nẵng Giáo viên hướng dẫn : ThS Khương Công Minh

I ĐÈ TÀI :

THIET KE HE THONG TRUYEN DONG HE T-D CO BAO CHIEU DUNG CHINH LUU CAU BA PHA

Il SO LIEU CHO TRUGC :

Động cơ một chiêu có các thông sô sau : P=32Kw; Usm = 220V; lam = 166 A; Ry = 0,075; Jạ = 2,7 Kg’ ; Ry = 95,5Q; Wu = 1600 vong ; Tam = 1,64 A; Nam = 1500 vong/phut ; Ill NHIEM VU :

1 Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ

động cơ điện một chiều

2 Giới thiệu về bộ chỉnh lưu thyristor ba pha và bộ chỉnh lưu thyristor ba pha

hình cầu có đảo dòng

3 Thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển hệ T — Ð có đảo chiều dùng chỉnh lưu cầu ba pha

4_ Dùng MATLAB - SIMULINK 5_ Kết luận

IV SÓ BẢN VẼ :

V NGÀY GIAO NHIEM VU : 18/02/2008

VI NGAY HOAN THANH NHIEM VU : 30/05/2008

Trang 2

Đồ án tốt nghiệp GVHD:ThS Khương Công Minh SV hoàn thành thiết kế tốt nghiệp

Đà nẵng, ngày tháng năm 2008 Đà nẵng, ngày tháng năm 2008

Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

ThS Khương Công Minh Nguyễn Minh Ánh

Đà nẵng, ngày tháng năm 2008 Đà nẵng, ngày tháng năm 2008

Tổ trướng bộ môn Giáo viên duyệt

Trang 3

Đồ án tốt nghiệp GVHD:ThS Khương Công Minh

LỜI CẢM ƠN

Sau khi được nhận đề tài tốt nghiệp với thời gian hơn ba tháng , dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Khương Công Minh cùng với sự nỗ lực của chính bản thân , em đã hoàn thành xong khối lượng kiến thức mà thầy hướng dẫn da giao pho cho em dé chuẩn bị rời xa cánh cửa của giảng đường đại học và trở thành người kỹ sư tương lai của đất nước sau này Qua đây em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo của trường Đại học Bách khoa Đà nẵng cũng như các thầy cô giáo trong khoa Điện và đặc biệc là thầy Khương Công Minh là người đã có nhiều giúp đỡ và hướng dẫn trong quá

trình làm đỗ án , thầy Nguyễn Kim Ánh là giáo viên duyệt đồ án và cùng toàn thể các

bạn sinh viên trong lớp 03ÐTĐÐ cũng như các bạn sinh viên của toàn khoa Điện Trong quá trình làm đề tài em đã tích luỹ được một số kiến thức để có thể nâng cao kiến thức của mình một cách chắc chắn hơn Tuy nhiên với thời gian và kiến thức có hạn cho dù em đã có gắng hết mình song khó tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý xây dựng của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thành hơn nữa Một lần nữa cho em xin cảm ơn đến hai thầy Khương Công Minh và thầy Nguyễn Kim Ánh

Đà năng, ngày 29 tháng 5 nam 2008

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Minh Ánh

Trang 4

Đồ án tốt nghiệp GVHD:ThS Khương Công Minh TOM TAC DO ÁN

Trong thời đại công nghiệp hiện nay thì động cơ điện một chiều chiếm một tỉ lệ khá lớn trong nền sản suất công nghiệp của thế giới và đặc biệt là các hệ thống dây

chuyền tự động trong các nhà máy xí nghiệp được sử dụng rất rộng rãi , vận hành có

độ tin cậy cao Vấn đề là quan trọng trong các dây chuyền sản suất là điều khiển đề điều chỉnh tốc độ động cơ hay đảo chiều quay đề nâng cao năng suất và em đã

“ THIẾT KÉ HỆ THÓNG TRUYỀN ĐỘNG HỆ T - Ð CÓ ĐẢO CHIÊU DỪNG

CHỈNH LƯU CÀU BA PHA ” gồm có bốn phần chính sau

Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh

tốc độ động cơ điện một chiều

Chương 2 : Giới thiệu về bộ chỉnh lưu thyristor ba pha và bộ chỉnh lưu thyristor

ba pha hình cầu có đảo dòng

Chương 3 : Thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển hệ T- Ð có đảo chiều

dùng chỉnh lưu cầu ba pha

Chương 4 : Dùng MATLAB - SIMULINK mô phỏng hệ thống trên

Trang 5

Đồ án tốt nghiệp GVHD:ThS Khương Công Minh MỤC LỤC

Chương I : TÔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIÊU VÀ CÁC PHƯƠNG PHAP DIEU CHINH TOC DO DONG CO DIEN MOT CHIEU

1.1.Tổng quan về động cơ điện một chiều Trang: 9

1.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều 9

1.1.2 Các thông số đỉnh mức 11

1.1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 12

1.2 Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của DMg) 12

1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều 16

1.3.1 Phương pháp điều chinh téc d6 dong co bang cach thay déi Ry 16 1.3.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bang cach thay đổi ® 18 1.3.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi Uy 19

1.4.Các đặc tính cơ khi hãm 21

1.4.1 Ham tai sinh 21

1.4.2 Hãm ngược 23

1.4.3 Ham dong năng 25

1.5 Các đặc tính cơ khi đảo chiều quay 26

1.6 Các chỉ tiêu chất lượng 27

Chương 2 : TÔNG QUAN VẺ BỘ CHỈNH LƯU BA PHA THYRISTOR

2.1 Hệ chỉnh lưu thyristor động cơ và thyristor 29

2.1.1 Giới thiệu về thyristor 29

2.1.2 Hệ chỉnh lưu thyristor 31

2.1.3 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng 31 2.2 Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu ba pha không đảo chiều 34

2.2.1 Nguyên lý làm việc hệ chỉnh lưu 34

2.2.2 Hiện tượng trùng dẫn 36

2.2.3 Nghịch lưu phụ thuộc 38

2.2.4 Hệ T— Ð không đảo chiều 40

2.3 Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều 41 2.3.1 Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ T - Ð dao chiều 41

2.3.2 Phuong phap điều khiển chung 42

Trang 6

2.3.3 Phương điều khiến riêng 46

Chương 3 : TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIÊU KHIÊN

3.1 Tính chọn mạch động lực 47

3.1.1 Sơ đồ mạch động lực hệ chỉnh lưu cầu ba pha thyristor 47

3.1.2 Các thông số của động cơ 49

3.1.3 Tinh chon thyristor 49

3.1.4 Tinh chon may bién áp chỉnh lưu 50

3.2 Giới thiéu mach diéu khién 57

3.2.1 So dé nguyén ly 57

3.2.2 Nguyên tắc diéu khién 57

3.2.3 Các khâu cơ bản của mạch điều khiển 59

3.2.4 Sơ đồ mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động 65

3.3 Tính tốn các thơng số mạch điều khiển 69 3.4 Tính chọn các thiết bị bảo vệ cho mạch động lực 76 3.4.1 Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ 76 3.4.2 Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn 78

3.4.3 Bảo vệ quá dòng cho van 78

3.4.4 Báo vệ quá áp cho van 79

3.5 Thiết kế cuộn kháng lọc 81

Chuong 4 : MO PHONG HE THONG CHINH LUU THYRISTOR — DONG CO CO DAO CHIEU QUAY TREN MATLAB - SIMULINK

4.1 Các khối có sẵn trong Simulink 85

4.1.1 Máy điện một chiều 85

4.1.2.Khối tạo xung điều khiển cac thyristor 89

4.2 Mô phỏng hệ chỉnh lưu cầu ba pha 93

4.2.1 Mô phỏng hệ chỉnh lưu cầu không đảo chiều 93 4.2.2 Mô phỏng hệ chỉnh lưu cầu có đảo chiều 96

Trang 7

Đồ án tốt nghiệp GVHD:ThS Khương Công Minh DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1 : Mặt cắt dọc động cơ điện trang: 9

Hình 1-2,3 : Sơ đồ nói dây của ĐM,, và ĐMạ¡ 13

Hình 1-4 : Đặc tính cơ điện của ĐMại 15

Hình 1-5 : Đặc tính cơ của ĐMạ¡ 16

Hình 1-6 : Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi R; 17 Hình 1-7 :, Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đồi R; 18 Hình 1-8,9 : Sơ đồ , đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi ® 19 Hình 1-10 : Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đồi U„ 20 Hình 1-11 : Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Uy 21

Hình 1-12,13,14 : Các đường đặc tính khi hãm tái sinh 22

Hình 1-15 : Sơ đồ khi hãm ngược 24

Hình 1-16 : Đặc tính khi hãm ngược 25 Hình I-17 : Sơ đỗ , đặc tính khi hãm động năng 25 Hình 1-18 : Sơ đồ , đặc tính hãm ngược khi đảo Ủy 26

Hình 1-19 : Phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ 27

Hình 2-1 : Ký hiệu và cấu trac thyristor 30

Hình 2-2 : Sơ đồ khối , sơ đồ thay thế của điều chỉnh U, 31

Hình 2-3 : Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen 33

Hình 2-4 : Sơ chỉnh lưu cầu ba pha 34

Hình 2-5 : Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu cầu ba pha 35

Hình 2-6 : Sơ đồ chỉnh lưu khi có trùng dẫn 37

Hình 2-7 : Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu khi có trùng dẫn 38 Hình 2-8 : sơ đồ khối của chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu 39 Hình 2-9 : Sơ đồ thay thế , đặc tính điều chỉnh tốc độ hệ T- Ð 41

Hình 2-10 :Sơ đồ phối hợp tuyế tính cia a,va a2 42

Hình 2-11 : Sơ đồ chỉnh lưu cầu dùng phương pháp điều khiển chung 44

Hình 2-12 : So dé dang song khi a= 30°, a2 = 150° 45 Hình 2-13 : Sơ đồ phương pháp điều khién chung kiéu phi tuyến 46

Hình 2-14 : Sơ đồ chỉnh lưu cầu dùng phương pháp điều khiển riêng 47

Hình 3-1 : Sơ đồ mạch động lực của hệ T- Ð có đảo chiều 48

Trang 8

Hình 3-2 : Sơ đồ khối điều khién thyristor 57

Hình 3-3 : Nguyên tắc điều khiển tuyến tính 57

Hình 3- 4 : Nguyên tắc điều khiển arcoss 38

Hình 3-5,6 : Khâu đông pha và dạng sóng 60

Hình 3-7,8 : Khâu so sánh và dạng sóng 62

Hình 3- 9 : Khâu khếch đại và phân phối xung 63

Hình 3-10,11,12 : Sơ đồ „ dạng sóng khâu tạo xung chùm 64

Hình 3-13 : Sơ đồ nguyên lý điều khiển một kênh 67

Hình 3-14 : Giản đồ các đường cong điều khiển một kênh 68

Hình 3-15 : Sơ đồ chân của IC 4081 71 Hình 3-16 : Sơ đồ chân của IC TL084 72

Hình 3- 17 : Sơ đồ nguyên lý tạo nguồn nuôi 74

Hình 3-18 : Mạch động lực có thiết bị bảo vệ 71

Hình 3-19 : Mạch R — C bảo vệ quá áp 80

Hinh 3-20 : Mach R- C bao vé xung dién ap ludi 80 Hình 4-1 : Các khối của động cơ ĐMạ trong Simulink 85

Hình 4-2 : Sơ đồ cấu trúc của ĐMạ¡ 86

Hình 4- 3 : Hộp thoại và thông số của ĐMạ¡ 88

Hình 4-4 : Các khối của khâu phát xung điều khiển 90 Hình 4-5 :Sơ đồ phát xung điều khiển của thyristor 91 Hình 4-7 : Hộp thoại và thông số của khối phat xung điều khiển 92

Trang 9

Đồ án tốt nghiệp GVHD:ThS Khương Công Minh CHƯƠNG I

TONG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MOT CHIEU VA

CÁC PHUONG PHAP DIEU CHINH TOC DO DONG CO BIEN MOT CHIEU 1.1 TONG QUAN VE DONG CO DIEN MOT CHIEU

Trong thời đại ngày nay , hầu hết các dây chuyền sản xuất của công nghiệp đang

dần dần được tự động hoá bằng cách áp dụng các khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế

Trang 10

ĐỒ án tốt nghiệp GVHD:ThiS Khương Công Minh

1.1.1.1 Phần tĩnh ( stator ) : đây là phần đứng yên của máy , nó bao gồm các bộ

phận chính sau :

- Cực từ chính : là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cự từ và và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng nhữnh lá thép kỹ thuật điện

hay thép cacbon day 0.5 dén Imm ép lại và tán chặt Dây quấn kích từ được quấn

bằng dây đồng bọc cách điện kỹ thành một khối và tâm sơn cách điện trước khi đặt

trên các cực từ Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này nối nối tiếp voi nhau -Cực từ phụ : cực từ phụ đặt giữa các tự từ chính va ding để cải thiện đồi chiều

.Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ dược gắn vào võ nhờ những bulông

-Gông từ : gông từ dùng đề làm mạch từ nói liền các cực từ , đôngf thời làm võ

máy Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tắm dày uốn và hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm võ may

-Cac bộ phan khác :nó gồm có các bộ phận

+ 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 điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có tác dụng làm giá đở ô bi Trong những trường hợp này nắp thường làm bằng gang

+ Cơ cấu chổi than : Đề đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chối than gồm có chổi than đặt trong hộp chỗi than và nhờ một lò xo tì chặt kên cô góp Hộp

chỗi than được cố định trên giá chéi than và cách điện với giá Giá chổi than có thể

quay được đề điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khi điều chỉnh xong thì

dùng vít cố định chat lai

1.1.1.2 Phan quay (roto ) : Day la phan quay ( động ) của động cơ gồm có các bộ

phan sau

- Lõi sắt phần ứng : Là lõi sắt dùng đề dẫn từ Thường dùng những tắm thép kỹ thuật điện ( thép hợp kim silic ) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai lớp mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có đập hình dạng rãnh đề sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

Trang 11

+ Trong những máy cỡ trung bình trở lên ,người ta còn dập những lỗ thông gió

để khi ép lại thành lõi sắt có thẻ tạo được những lỗ thông gió dọc trục

+ Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt thường được chia thành từng đoạn nhỏ Giữa các đoạn ấy có đẻ một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục khi máy làm việc „ gió thổi qua các khe làm nguội dây quần và lõi sắt

+ Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục

- Dây quấn phần ứng : Là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có thiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn , thường dùng dây có

tiết diện chử nhật dây quấn được cách điện cần thận vói rãnh của lõi thép

Để tránh khi bị văng ra do lực li tâm , ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc

phải đai chặt dây quấn Nêm có thể làm bằng tre ,gỗ hay bakelit

- Cé góp : Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều ,dùng để đồi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều

Kết cấu của cổ góp gồm nhiều phiến đồng có hình đuôi nhạn cách điện vói nhau

bằng lớp mica dầy 0.4 đến 1.2mm va hop thành hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chử V ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôi vành góp có cao hơn lên một tí để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng

- Các bộ phận khác : Gồm có cánh quạt và trục máy

+ Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều thường chế theo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trên trục máy ,khi máy quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào máy Gió đi qua vành góp , cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy

+ Trục máy : Là phần trên đó đặt lõi sắt phần img , cô gop, cánh quạt va 6 bi Truc may thường làm bang thép cacbon tot

1.1.2 Các thông số định mức

Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều

kiện mà xưỡng chế tạo đã qui định Chế độ đó được đặt trưng bằng những đại lượng

ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức Trên nhãn máy thường ghi

những đai lượng sau :

Công suất định mức Pạ„ (kw hay w );

Trang 12

Đồ án tốt nghiệp GVHD:ThS Khương Công Minh Điện áp dịnh mức Ua„(V); Dòng điện định mức lạ„(A); Tốc độ định mức nạm ( vg/ph ) ; Ngoài ra còn ghi kiểu máy , phương pháp kích từ , dòng điện kích từ và các số liệu về dòng điện sử dụng Cần chú ý là công suất định mức của động cơ ở đây là công suất cơ đưa ra ở đầu trục động cơ

1.1.3 Nguyên lý làm việc cúa động cơ điện một chiều ;

- Động cơ điện một chiều là một máy điện biến đổi năng lượng điện của dòng

một chiều thành cơ năng Trong quá trình biến đồi đó , một phần năng lượng của dòng xoay chiều bị tiêu tán do các tốn thất trong mạch phần ứng và mạch kích từ, phần còn

lại năng lượng được biến thành cơ năng trên trục động cơ

- Khi có dòng điện một chiều chạy vào dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường ở phần tinh Từ trường này có tác dụng tương hồ lên dòng điện trên dây quấn phần ứng tạo ra mômen tác dụng lên roto làm cho roto quay Nhờ có vành đổi chiều nên dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng một chiều đưa vào dây quấn phần ứng Điều này làm cho lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bị đổi chiều và làm động cơ quay theo một hướng

- Công suất ứng vói mômen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công suất điện từ và bằng : Pa=M.@=Ey In ; (1-1) Trong đó : M : là mômen điện từ ; I, : Dòng điện phần ứng ; E, : Suất điện động phần ứng ; œ : Tốc độ góc phần ứng ; 5 2.a.n va @O= ; 60 1.2 PHUONG TRINH DAC TINH CO VA DAC TINH CO DIEN CUA DMp, 3

- Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường mắt song song vói mạch phần ứng , lúc này động cơ được gọi động cơ kích từ song song

Trang 13

+/ế Zý-

Hình 1- 2 : Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song ;

- Khi nguồn điện một có công suất không đủ lớn thì mạch phần ứng và kích từ

mắt vào hai nguồn một chiều độc lập nhau , lúc này động cơ được gọi là kích từ độc lap + A U, x — ¬- li - > lụ Cụ Re > L } Une tử #-

Hình 1-3 : Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập

Do trong thực tế đặc tính của động cơ điện kích thích độc lập và kích thích song

song hầu như là giống nhau , nên ta sét chung đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của

động cơ điện kích từ độc lập

-Theo sơ đồ nói dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập hình (2-2) ta viết

được phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng ở chế độ xác lập như sau :

Uy=E+(Ry+ R2.l, ; (1-2)

Trang 14

Trong đó : U, :Điện áp phần ứng ( V ) ;

E : Suat điện động phần ứng ( V );

R¿: Điện trở phụ trong mạch phần ứng(Ô);

R„ :Điện trở của phần ứng (© ) ;

Với Rựụ = ty + Ter † Fep PT 3

Trong đó : rụ : Điện trở dây phần ứng (©);

r.r: Điện trở cực từ phụ (©) ; rep : Điện trở cuộn bù (©) ;

r„ : Điện trở tiếp xúc của chối điện (©) ;

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

P.N

22r.a

E= .®.œ=KØ@.@œ (1-3)

Trong đó : P : Số đôi điện cực chính ;

N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng , a : Số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng, œ : Tốc độ góc ( rad/s) ; ®: Từ thông kích từ chính một cực từ (Wb); Đặt K= :Hệ số kết cầu của động cơ 2.z.a Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì E = K ®.n và 2.z.n n @= 60 = —— 955 > Vi vay: Ey = =x On = K.@n = “on =0,105K.O.n ; a ” Trong dé : K, : Hệ số sức điện động của động cơ Từ các phương trình trên ta có : U „ R +R, ke Ka Ta (1-4) o=

Trang 15

Đồ án tốt nghiệp GVHD:ThS Khương Công Minh M, Suyra l¿= Kó —“ thay l¿ vào (1-4) ta có U, R +R, o =—+-+_ Kd (Kớ} Nếu bỏ qua tốn that cơ và tồn that ma sat trong 6 truc thì ta có thé coi mômen cơ Mụ, ; (1-6) trên trục động cơ bằng mômen điện từ và ký hiệu là M : Mụ= Mu,=M ; U„ R.+R, Suyra:œ@ =———-———.M ; (1-7) Kg (Kø)

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập - Có thể biểu diễn phương trình đặc cơ dưới dạng khác @=@-A@ ; (1-8) U Trong đó : œạ = Rp Gọi là tốc độ không tải lý tưởng _ R, +R, R, > A — M= —<~ M:Goi la d6 sut toc (Kg) (Kay Giả thiết phần ứng được bù đủ từ thông của động cơ ® = const , thì các phương

trình đặc tính cơ điện (1-4) và phương trình đặc tính cơ (1-7) là tuyến tính Đồ thị của

Trang 16

x U

Theo do thi trén khi I, = 0 hoac M=0 thita cd: @=@)= Ko „ lúc này động

cơ đạt tốc độ không tải lý tưởng Còn khi œ = 0 thì ta có : ĐT h mm yy; (1-9) Và M=K.®.Im=Mạm ; (1-10) Với Iạm „ Mạm : Gọi là dòmg điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch Mam Mam M

Hình I- 5 : Đặc tình cơ của động co điện một chiều kích từ độc lap

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TÓC ĐỘ CỦA DMp, ;

Từ phương trình đặc tính cơ (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến phương trình đặc tính cơ đó là từ thông , điện áp phần ứng , điện trở phần ứng của động cơ

.thay đổi các tham số trên ta thay đồi được tốc độ và mômen động cơ theo ý muốn Do

phương trình đặc tính cơ phụ thuộc vào ba tham số trên „tương ứng với đó ta sẽ có ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ

Trang 17

Ta có phương trình đặc tính cơ tổng quát : U„ R +R„, @=—=“—-"———.M hay® = @- Ao ; Kg (Kg XU HA HÁN G sae U Tôc độ không tải lý tưởng : @ = K, = const ; (1-11) Độ cứng đặc tính cơ : g=^M -_ (Kđ„) Ao R +R, (1-12)

Muốn thay đổi tốc độ động cơ thì ta thay điện trở phần ứng bằng cách mắt thêm

điện trở phụ vào mạch phần ứng của động cơ Khi thay đồi điện trở phu Re thi tốc độ

không tải lý tuong @ = cont, còn Ao sẽ thay đồi theo R; như vậy lúc này các đường đặc tính cơ sẽ thay đổi nhưng vẫn đi qua điểm có định là œạ Từ (1-12) ta thấy khi điện trở phụ R;r= 0 thì B có giá trị lớn nhất ứng với đường đặc tính cơ tự nhiên , còn khi R¿ càng lớn thì càng nhỏ và tốc độ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định

Như vậy khi thay đổi điện trở phụ của động cơ ta sẽ được một họ đặc tính cơ có dạng như hinh 1-6

7 Z-

Cụ Rue

Hình 1- 6 : Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

bằng cách thay đồi điện phụ của mạch phần ứng

Ta có :0<Rạ< R;<Ra< thi @am > @1 > @2 > @3 > nhung néu ta tang

Ry dén mét giá trị nào đó thì sẽ làm cho M <M, dẫn đến động cơ sẽ quay không được

và động cơ sẽ làm việc ở chế độ ngắn mạch œ = 0, đến bây giờ ta có thay đồi R; thì động cơ vẫn không không quay nữa Do đó phương pháp này gọi là phương pháp điều

chỉnh tốc độ không triệt đề

Trang 18

Me Mam M

Hinh 1-7 : Đặc tình điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

bằng cách thay đôi điện trở phụ phần ứng

Vậy ứng với một phụ tải M, nào đó nếu R; càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm „đồng thời dòng điện ngắn mạch I„„ và mômen ngắn mạch M„„ càng giảm , cho nên người ta thường dùng phương pháp này đề hạn chế dòng điện khởi động và điều chinh

tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản

1.3.2 Phương pháp điều chính tốc độ ĐMại bằng cách thay đổi từ thông kích từ

của động cơ

Giả thiết điện áp phần ứng: U, = Uam = const ;

Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát : — Uy Ruy @= —>- Ko (Kd) > @=@-A® ; > w Trong trường hợp này tốc độ không tải : @ox = Ko > Độ cứng đặc tính cơ : B =— phạt ; w

Ta thấy rang thay đổi từ thông ® thì @ và Aœ đều thay đổi theo , Dan dén œ thay đổi

theo Vì vậy ta sẽ được họ các đường đặc tính điều chỉnh đốc dần (Do độ cứng đặc tính cơ B giảm ) và cao hơn đặc tính cơ tự nhiên khi ® càng nhỏ ,với tải như nhau thì

tốc độ càng khi giám tu thong ®

Như vậy : ứng với ®ạ„> ®ị > ®;> thi @gm € @I 02 € „ nhưng nếu

Trang 19

giảm ® quá nhỏ thì ta có thể làm cho tốc độ động cơ quá lớn quá giới hạn cho phép , hoạt làm cho điều kiện chuyên mạch bị xấu đi , do dòng phần ứng tăng cao , hoặt dé đảm bảo chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng phần ứng và như vậy sẽ làm cho momen cho phép trên trục động cơ giảm nhanh „ dân đến động cơ bị quá tải + ø /Ø -

Hình :1-9 :Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMạ¡ bằng cách thay đổi từ thông ®

1.3.3 phương pháp điều chính tốc độ ĐM„ bằng cách thay đối điện áp phần ứng

của động cơ

Giả thiết từ thơng ® = ®ạm = const , khi ta thay đổi điện áp phần ứng theo hướng giảm so với Uạm

Từ phương trình đặc tính cơ tông quát :

=—*-—+_.M > 0 = @ - AO ;

Trang 20

Đồ án tốt nghiệp GVHD:ThS Khương Công Minh Ta có : Tốc độ khong tai : @ox = U, ; Kb.in, Độ cứng đặc tính cơ : j = Cư, = const U “ BBD Uy 4o- g- leet Cụ

Hình 1-10 :Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMụ¡ bằng cách thay đổi Uy

Ta thấy rằng khi thay déi U, thi @ thay déi con Aw = const, vi vay ta sẽ được

họ các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau Nhưng muốn thay đổi U, thì

phải có bộ nguồn một chiều thay đổi được điện áp ra , thường là dùng các bộ biến đổi

Các bộ biến đổi có thể là :

+ Bộ biến đổi máy điện : Dùng máy phát điện một chiều ( F ) , máy điện khếch đại

(MĐKĐ)

+ Bộ biến đổi từ : Khếch đại từ ( KĐT ) một pha, ba pha

+ Bộ biến đổi điện từ - bán dẫn :Các bộ chỉnh lưu (CL), các bộ băm điện áp

(BĐA ), dung transistor va thuyistor

Ta thay rang , khi thay đổi điện áp phần ứng ( giảm áp ) thì mômen ngắn mạch

Mam , Va dong điện ngan mach l„m của động cơ giảm và tốc độ cũng giảm ứng với một

phụ tải nhất định Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ

động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động

Trang 21

Đồ án tốt nghiệp GVHD:ThS Khương Công Minh @ ®o @o1 Uam @o2 U; (0s U; U; 0 M, M

Hinh 1-11 :Dac tinh điều chỉnh tốc độ ĐMại bằng cách thay đổi Uy 1.4 CÁC ĐẶC TÍNH CƠ KHI KHI HÃM DM»,

Ham là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều với tốc độ , hay

còn gọi là chế độ máy phát Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái

hãm :

1.4.1 Hãm tái sinh :

Ham tai sinh khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng

(œ> ø@ạ) Khi hãm tái sinh , sức điện động của động cơ lớn hơn điện áp nguồn (E>U¿), động cơ làm việc như một máy phát song song với lưới và trả năng lượng

về nguồn , lúc này thì dòng hăm và mômecn hãm đã đổi chiều so với chế độ động cơ

Khi hãm tái sinh :

b= U, ae _ = K¢o | (1-13)

M, = K@.1, < 0

- Một số trường hợp hãm tái sinh :

a ) Ham tái sinh khi œ > œ : Lúc này máy sản suất như là nguồn động lực quay rôto động cơ , làm cho động cơ trở thành máy phát , phát năng lượng trả về nguồn

Trang 22

Mômen động cơ đổi chiều (M< 0) và trở nên ngược chiều với tốc độ và trở thành mômen hãm ( M¡,) Ham taisinh(HTS) | Trạng thái máy phát : @ o M Trạng thái động cơ ị M Mh 0 M

Hình 1-12 : Ham tái sinh khi có động lực quay động cơ

b) Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng ( Ứu; < Uặi ) :

Lúc này M, là dạng mômen thế năng ( M, = Mụ ) Khi giảm điện áp nguồn đột ngột , nghĩa là tốc độ œạ giảm đột ngột trong khi tốc độ œ chưa kịp giảm , do đó làm

cho tốc độ trên trục động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng ( œ@ > @ọ; ) Về mặt

Trang 23

c ) Ham tai sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng ( +Uy — - Uy):

Luc nay M, là dạng mômen thế nang (M.= Mi) Khi dao chiéu dién ap phan ứng , nghĩa là đảo chiều tốc độ + @ạ — - @g „ động cơ sẽ dần chuyên sang đường đặc

tính có — Uy, và sẽ làm việc tại điểm B ( |ø;|>|—ø| ) Về mặt năng lượng , do thế

năng tích luỹ ở trên cao lớn sẽ tuôn vào động cơ , làm cho động cơ trở thành máy phát và phát năng lượng trả lại về nguồn

Trong thực tế , cơ cầu nâng hạ của cầu trục, thang máy, thì khi nâng tải , động

cơ truyền động thường làm việc ở chế độ động cơ ( điểm A hình 1-14 ) , và khi hạ tải thì động cơ làm việc ở chế độ máy phát ( điểm B hình 1-14 ) E<Uy In>0 A -E<-Uy Iạ <0 Hình 1-14 : Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng động cơ 1.4.2 Hãm ngược :

Hãm ngược là khi mômen hãm của động cơ ngược chiều với tốc độ quay của động cơ (M †| œ) Hãm ngược có hai trường hợp :

a) Đưa điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng :

Động cơ đang làm việc ở dién A , ta đưa thêm R„¿ lớn vào mach phần ứng thì động cơ sẽ chuyên sang điểm B., D làm việc ôn định ở điểm E ( @ = @g và ¿4 †| @A ) trên trên đặc tính cơ có thêm R„r lớn , và doạn DE là đoạn hãm ngược , động cơ làm

việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện , lúc này sức điện động của động cơ đảo dấu nên :

Trang 24

Đồ án tốt nghiệp GVHD:ThS Khương Công Minh U +E R +K, I, = wt, _R,+K¢o : i (1-14) R.+R, RL +R, My = K®I, 5

Tai thoi diém chuyén đổi mạch điện thì mômen động cơ nhỏ hơn mômen cản

(Mỹ <M, ) nên tốc độ động cơ giảm dần Khi œ =0, động cơ ở chế độ ngắn mạch

( điểm D trên đặc tính có Ryr) nhưng mômen của nó vẫn nhỏ hơn mơmen cắn :

Mạm < M, ; Do đó mômen của tải trọng sẽ kéo trục động cơ quay ngược và tải trọng sẽ hạ xuống ,(œ<0, đoạn DE trên hình 1-15 ) Tại điểm E , động cơ quay theo chiều hạ tải trọng , trường hợp này sự chuyên động của hệ được thực hiện nhờ thế năng của o tai A x- Un * Tee Cu R ktf M I (> Rar „ư F1

Hình 1-15 : a) Sơ đồ hãm ngược bằng cách thêm Rụr

b) Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách thém Rur

b ) Ham ngugc bang cach dao chiéu điện áp phần ứng :

Dong co dang lam viéc 6 diém A , ta đôi chiéu dién ap phan ứng ( vi dong dao chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để hạn chế ) thì động cơ sẽ

chuyền sang làm việc tại điểm B „C và sẽ làm việc xác lap 6 D néu phụ tải ma sát

Trang 25

Đồ án tốt nghiệp GVHD:ThS Khương Công Minh Phương trình đặc tính cơ : —U R +R mƒ=———=-M (1-16) _Kó — (K2)

Hình 1-16 : a ) Sơ đồ hãm ngược bằng cách đảo chiều Uy

b ) Dac tinh cơ khi hãm ngược bằng cách đảo chiều U,

1.4.3 Hãm động năng :

Ở đây ta chỉ xét hăm động năng kích từ độc lập Động cơ đang làm việc với lưới

điện ( điểm A ) , thực hiện cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một

Trang 26

Phương trình đặc tính cơ khi hãm động năng : R.+R, (Kd) ` Tại thời điểm hãm ban đầu , tốc độ hãm ban đầu œ¿a nên sức điện động ban đầu , @ =- (1-17) dòng điện hãm ban đầu và mômen hãm ban đầu Ena = K®Ona 5 Bụ _ _ K¢Qa <0; (1-18) Ia = = R.+R, R,+R, Mna = K® Ing < 0 5

Trên đồ thị đặc tính cơ hãm động năng ta thấy rằng nếu mômen cán là phản khang thi dong co sé dig han ( các đoạn B¡0 hoặc Bạ0 ) , còn nếu mômen cán là thế năng thì dưới tác dụng của tải sẽ kéo động cơ quay theo chiều ngược lại ( ¿4 hoặc

G642 )

1.5 CÁC DAC TINH CO KHI DAO CHIEU QUAY ĐMạ,

Giả sử động cơ đang làm việc ở điểm A theo chiều quay thuận của động cơ trên

đặc tính cơ tự nhiên thuận với tải M,

_u udm Ryan M (1-19)

Kin (Kin)?

Hinh 1-18 : a) So dé ham nguge bang cach dao U,

b ) Dac tinh co ham nguge bang cach ham Uy

Trang 27

Với M = M, thì œ = @A = quận

Muốn đảo chiều động cơ, ta có thể đảo chiều điện áp phần ứng hoặc đảo chiều từ

thông kích từ động cơ Khi đảo chiều điện áp phần ứng thi @» dao dau , con Aq thi

không đảo dấu , đặc tính cơ khi quay ngược chiều là : -U,, R, +R,, Kód,) |Kø0,)} ` Động cơ quay ngược chiều tương ứng với điểm A' trên đặc tính cơ tự nhiên bên (1-20) ngược , hoặc trên đặc tính cơ nhân tạo 1.6 CÁC CHÍ TIÊU CHÁT LƯỢNG :

Động cơ điện một chiều có ba phương pháp điều chỉnh tốc độ cơ bản :

- Phương pháp thay đồi thông số của điện trở phụ R; của mạch phần ứng động cơ - Phương pháp thay đổi thông số từ thơng ® của động cơ

- Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Ủy của động co

Trang 28

Ta mong muốn tăng D tuy nhiên D vấn hữu hạn đối với các phương pháp Vì max không thể tăng quá lớn do nó phụ thuật vào độ bền cơ khí của dong co COn Omin thường bị hạn chế bởi yêu cầu về mômen khởi động, về khả năng quá tải,

về sai số tốc độ làm việc cho phép 1.6.2 Độ trơn điều chính : Là sự chênh lệch giữa hai cấp tốc độ liền nhau Ø, = 1 @ẹ=—— Ẳ@ Trong đó : @œ; : Tốc độ ồn định đạt được ở cấp i +1 Tốc độ ồn định đạt được ở cấp ¡+1

Hệ số ọ càng nhỏ càng tốt , lý tưởng là @ > 1 dé là hệ điều chỉnh vô cấp , còn hệ

điều chỉnh có cap khig #1 1.6.3 Sai số tốc độ :

S% = ““# 100% =Aa.%= + ; 4) 8

Trong đó : œ : Tốc độ làm việc thực của động cơ œạ: Tốc độ không tải của động cơ

Aq, : Độ sụt tốc độ khi mômen tải thay đổi M,= 0 —> Mạm

Sai số càng nhỏ ,điều chỉnh càng chính xác và lý tưởng ,ta có thể điều chỉnh tuyệt

đối chính xác khi S % = 0_ Thực tế người ta phải thiết kế các hệ truyền động điều

chỉnh có độ chính xác đáp ứng yêu cầu công nghệ của máy sản xuất , như truyền động chính của máy cắt gọt kim loại yêu cầu S % < 10%, truyền động ăn đao S% < 5% 1.6.4 Mức độ phù hợp giữa đặc tính tải cho phép và đặc tinh co M,(@) :

Đặc tính tải cho phép là quan hệ giữa mômen của động cơ và tốc độ của động cơ khi I= lạm

Người ta mong muốn đặc tính cơ luôn luôn trùng với đặc tính tải cho phép , vì nếu không được như thế thì sẽ xảy ra hai trường hợp hoặt là non tải , hoặt là quá tai

1.6.5 Hướng điều chính :

Có hai hướng điều chỉnh cơ bản œ < @¿y và œ > œ¿; Nếu dùng phương pháp thay

đổi từ thông thì điều chỉnh được œ > œ„; , còn dùng phương pháp thay đồi điện áp

nguồn thì điều chỉnh được @ < @cp

Trang 29

Như vậy ,khi điều chỉnh tốc độ mối phương pháp chỉ có một hướng điều chỉnh nhất định Muốn mở rộng D người ta thường kết hợp nhiều phương pháp điều chỉnh

cho một hệ

1.6.6 Miền tải điều chính có hiệu quá :

Nếu toàn bộ phạm vi biến đồi của tải đều có thể điều chỉnh được tốc độ mong

muốn trong dãi điều chỉnh thì hệ điều chỉnh là một hệ tốt Cũng có những phương pháp chỉ đảm bảo được trong một miễn nhất định , ngoài miền đó không điều chỉnh

được hoặc điều chỉnh ít hiệu quả , phương pháp như vậy gọi là phương điều chỉnh không triệt đề Để đánh giá chỉ tiêu này người ta xét hệ có khả năng điều chỉnh tốc độ không tải lý tưởng là hệ tốt trong máy điện Ngoài ra các hệ số cos(@) của hệ nói chung là thấp

1.6.7 khả năng tự động hoá :

Nếu hệ truyền động điều chỉnh có khả năng tự động hoá thì có thể cải thiện các chỉ tiêu như độ chính xác điều chỉnh , dai điều chỉnh „ độ tinh

1.6.8 Chí tiêu kinh tế :

Chỉ tiêu kinh tế là chỉ tiêu quyết định sự lựa chọn của phương án truyền động

Hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ cần đạt có vốn đầu tư thấp , giá thành hạ , chỉ

phí vận hành , bảo quản , sữa chữa ít, đặc biệt là tiêu tốn năng lượng khi điều chỉnh và vận hành nhỏ

Việc tính toán cụ thê các chỉ tiêu liên quan nêu trên sẽ cho thấy hiệu quả kinh té,

thoi gian hoan vốn và lợi ích nhờ việc sử dụng hệ điều chỉnh đã chọn

Trang 30

Đồ án tốt nghiệp GVHD:ThS Khương Công Minh CHƯƠNG 2

TÓNG QUAN VÈ BỘ CHỈNH LƯU BA PHA THUYRISTOR 2.1 HE CHiNH LUU THUYRISTOR DONG VA THYRISTOR

2.1.1.Giới thiệu về thyristor

Thyristor là linh kiện gồm bốn lớp bán dẫn là P,-N;-P;-N; liên tiếp tạo nên ba

cuc : anot A , catôt K, và cực điều khiển G (Gate) Tai ba vi tri tiép xúc nhau của các lớp P¡-N¡-P;-N; tạo ra các lớp tếp giap J, ,Jo,J;

Về lý thuyết có hai loại thyristor :

- Thyristor kiểu N hay thyristor có cực điều khiển G nối với vùng N gần anót A Ji J3 K K Hinh 2-1: Ký hiệu và cấu trúc thyiristor

- Thyiristor kiéu P hay thyristor có cực điều khiển G nối với vùng P gần catôt - Hoạt động của thyristor :

+ Thyristor khoá nếu Ua < 0 và sẽ vẫn khoá nếu ta cho Ua >0

+ Thyristor chuyền trạng thái tư khoá sang dẫn nếu đồng thời đảm bảo hai điều

kiện Ua > 0 và có dòng điều khiển Ig di mạnh ( về công suất và thời gian ) Khi

thyristor đã dẫn nếu ngắt dòng điều khiển di (cho I¿ = 0 ) nó sẽ vẫn dẫn chừng nào

dòng điện qua van còn lớn hơn một giá trị gọi là dòng điện duy trì

-Trong thực tế người ta thong str dung thyristor kiêu N nhiều hơn Còn về mặt

cấu trúc thyristor được tạo nên từ một đĩa silic đơn tinh thể loại N có điện trở suất rất

cao Trên lớp đêm bán dẫn loại P có cực điều khiển bằng dây nhôm Các chuyền tiếp được tạo nên nhờ kỹ thuật bay hơi của gali Lớp tiếp xúc giữa anôt và catôt làm bằng đĩa môlipdem , tungsten có điểm nóng chảy gần bằng silic Cấu tao dang dia dé dễ tản

nhiệt

Trang 31

2.1.2.Hệ chỉnh luu thyristor

Hiện nay người ta sử dụng rộng rãi bộ biến đổi van điều khiển để biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành điện một chiều đề cung cấp cho các động cơ điện một

chiều Tốc độ động cơ điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu tức là thay đổi

góc mở ơ của thuyristor

Ưu điểm nổi bật của hệ truyền động T - Ð là tác động nhanh không gây ồn ào và

để tự động hoá , đo các van bán dẫn có hệ số khếch đại công suất cao „ điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập cho hệ thống tự động, điều chỉnh nhiều vùng đề nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh và đặc tính động của hệ thống

Nhược điểm chủ yếu là do các van bán dẫn có tính phi tuyến „ dạng chỉnh lưu của điện áp có biên độ đập mạch gây tôn hao phụ trong van buộc phải dùng hai bộ biến đổi để cung cấp điện cho động cơ có đáo chiều quay

2.1.3 Nguyên lý điều chính điện áp phần ứng

Đề điều chỉnh điện áp phần ứng của động cơ điện một chiều cần có thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập , các bộ chỉnh lưu điều khiên Các thiết

bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành điện một chiều có

sức điện déng E, điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khién Ug, Vi nguồn có công suất

hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Ry và điện cảm L,#0 Uy lụ Cụ a) b)

Hình 2-2 : Sơ dé khối và sơ đồ thay thé ở chế độ xác lập của điều chỉnh điện áp

phần ứng của động cơ điện một chiều

Trang 32

Chế độ xác lập có thé viết phương trình đặc tính của thệ thống như sau :

Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không

đổi , còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uạ, của hệ thống , do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để Đề xác định được dải điều chỉnh tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ tự nhiên , là đặc

tính ứng vói điện áp định mức Tốc độ nhỏ nhất của đãi điều chỉnh bị giới hạn bỏi yêu

cầu về sai số tốc độ và mômen khởi động Khi mômen tải là định mức thì giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là : M, â =đomax- =, (2-4) \A| M, @=Oomin- —4" „ (2-5) |

Đề thoá mãn khã năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dai điều chỉnh phải có

mômen ngắn mạch là : Mammin = Memax = Km-Mam -

Trong đó : K„ là hệ số quá tải về mômen Vì họ đặc tính cơ là các đường thắng

Trang 33

Với một cơ cầu máy cụ thể các giá trỊ @omax „ Mạm „ Km là xác định , vì vậy phạm

vi điều chỉnh D thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng B Khi điều chỉnh điện áp

động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tông mạch phần ứng gấp

khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ Do đó có thể tính sơ bộ được :

omax-| B| /Mam < 10, vì thế có đặc tính mômen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh

không vược qua 10 Đối với các máy có yêu cầu cao về đãi điều chỉnh vè độ chính xác

duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ hở trên là không thoả mãn

Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi đặc tinh co tinh của truyền động một

chiều kích từ độc lập là tuyến tính Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng các

đặc tính cơ trong toàn dãi điều chỉnh là như nhau , do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đạt

giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của đãi điều chỉnh Hay nói cách khác nếu tại đặc

tính cơ thấp tại dãi điều chỉnh mà sai số tốc độ không vược quá giá trị cho phép thì hệ truyền động làm việc với sai số luôn nhỏ hơn vói sai số cho phép trong toàn bộ điều

chỉnh Sai số tương đối ở đặc tính cơ thấp nhất là :

— M,

s= pm — đụ _ A@ ,§ đủ — < Sep (2-8)

mg ®omin BLM

Vi cac gia tri Mam , @omin, S la xac dinh nén cd thé tinh duoc gia tri tối thiểu của độ

cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vược quá giá trị cho phép Đề làm việc này trong đa số các trường hợp cần xây dựng hệ truyền động kiểu vòng kín

Trong quá trình điều chỉnh áp thì từ thông được giữ nguyên , do đó mômen tải

cho phép của hệ sẽ là không đổi : Mep = K.®.]am = Mam -

Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen nằm trong hình chử nhật bao bởi những

Trang 34

Đồ án tốt nghiệ) GVHD:ThS Khương Công Minh 2.2 TONG QUAN VE BO CHiNH LUU CAU BA PHA KHONG DAO CHIEU 2.2.1 Nguyên lý làm việc hệ chỉnh lưu Ts Ti MN MN LER eR Ts Tạ Dh DH T; Ts Dk Us >k ly G + “YY^ | | F

Hình 2- 4 : Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha không đảo chiéu

Các hình trên sơ đồ của chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển không đảo chiều quay của động cơ, bằng cach ding cdc van ban dan thyristor voi T, , T; , Ts là các thyristor

nhóm catốt chung ; còn T;, Tạ, Ts là các thyristor nhóm anôt chung Động cơ ĐMại

được điều khiển bằng cách thay đổi góc mở ơ của hệ để thay đổi điện áp ra phần ứng

của động cơ

Theo dạng sóng điện áp ở hình 2-5, điện áp tổng đập mạch bật sáu và trị số đỉnh

của nó bằng điệp dây Góc mở ơ được tính từ giao điểm các nửa hình sin

Giả thiết T; , Tạ đang dẫn nên Vẹ= U,, Vẹ =Uy

Tai ot; =2/6+ acho xung điều khiển để mở T; „ thyristor này sẽ mở vì Uạ > 0 Sự mở T; làm cho Ts bị khoá một cách tu nhién vi U, > U,, luc nay Ts va T; dan va

dién ap trén tai :

U, = Ua= Us - Up

Tại @t) =32 /6 +a cho xung moi đề mở T; Thyiristor này sẽ mở vì khi Tạ dẫn có điện áp Uy tác dụng lên anôt của Tạ mà Uy > U, Sự mở của T; làm cho Tạ bị khoá lại một cách tự nhiên , lúc này T; và T› dẫn và điện áp trên tải là

U¡ = Ua= U, - U,

Trang 35

Đồ án tốt nghiệ) GVHD:ThS Khương Công Minh Ug= Ve - V BỘ / PEPE EE EE ds u Dive EE EE

Ura ¡ U2p | Ure! ' ' : '

Hình 2-5 : So đồ dang sóng chỉnh lưu cầu ba pha

Tại wt; =52/6+ a lic nay ta cd U, > U,, U cho xung mỗi để mở T; Thyrisror này sẽ mở vì Uy >0 Sự mở T; làm cho T; bị khoá lại một cách tự nhiên vì Uy > U; „lúc này Tạ và T› dẫn và điện áp trên tải là

U, = Uạ = Uy -U,

Tại @tạ =7 /6 + ơ lúc này ta có Uy > U; , U¿ cho xung mỗi đề mở Tạ Thyristor

này sẽ mở vì khi T; dẫn có điện áp U, tác dụng lên anôt của Tạ mà U, > U; Sự mở của T, làm cho T›; bị khoá lại một cách tự nhiên, lúc này T; , Tạ dẫn và điện áp trên tải là

U¡ = Ủạ = Uy — Us

Tại œts =9 /6 + ơ lúc này ta có U, > Ủ„, Uy , cho xung mỗi để mở T; Thyristor này sẽ mở vì U, > 0 Sự mở T; làm cho T; bị khoá lại một cách tự nhiên vì Ủ; > Ủy,

lúc này T¿ và T; dẫn Điện áp trên tải là :

U, = Ug= U.- Us

Tai @ts =l1a/6 + ơ lúc này ta có U, > U; , Ủy cho xung mỗi để mở lại Ts Thyristor này sẽ mở vì khi Tạ dẫn có điện áp U, tác dụng lên anôt của Tạ mà U, > Uy Sự mở của T làm cho T¿ bị khoá lại một cách tự nhiên , luc nay Ts , Ts dẫn và điện áp

trên tái là: U¡= Ua=U, - Uy

Trang 36

Ta có bảng điều khiển đóng mỏ , mở và dẫn của các van THOI DIEM MO KHOA | DAN ot; =1/6+4 Tị¡ Ts Ts, Tị ot, =32n/6+a T; Ts T¡,1T›; @t =57 / 6 + Œ Tạ T, T, , T3 oty=7n/6+4 Tạ T; T¿:, Tạ œfs =9 /6 + Ts Tạ Tạ, T; @f¿ =l1#/6 + œ Tạ Tạ T;, Ts

Điện áp trung bình trên tải được tính theo công thức :

Uy =U; = _6 U, sin ot.dot = 33 -ỦjN may - COS Œ

2.Z ta z

3

= — Ubrmax-cosa = 1.35.Ug cosa (2-9)

a

Trong d6 : Us „ax :Điện áp pha cực đại Urtrmax :Điện áp dây cực đại

Dòng điện trung bình trên các van : lụa = Kia lạ

Trong đó :

la „ lạ : Dòng điện hiệu dụng của các van và dòng điện tải

Kụa Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng

Khi góc mở ơ , dạng sóng biểu diễn trên hình 2-5 cho thay điện áp Uạ đập mạch

bậc sáu ; nhưng khi ơ lớn , điện áp trên tải sẽ có phần âm, dòng điện trên các thyristor

có dạng chữ nhật nhưng dòng điện qua thứ cấp máy biến áp hoàn toàn đối xứng và

không có thành phần một chiều tránh cho lõi sắt bị bão hoà Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba

pha được sử dụng rộng rãi bởi dòng trong các day quan va day nguan hoàn toàn đối

xứng

Trang 37

2.2.2 Hiện tượng trùng dẫn

Giả sử T¡ , T; đang dẫn dòng Khi Ø = 0; cho xung điều khiển mở T;,, do L.#0

nên ir; không thê tăng đột ngột từ 0 — lạ và đòng ir; cũng không thể giảm đột ngột từ

Iy > 0 Caba thyristor T, , T; , Ts déu dan dong , hai nguồn Ca, Cb nối ngắn mạch Nếu chuyển gốc toạ độ từ 0 đến 0; ta có :

e = V2 Us sin(8 + _ +a) (2-10)

ep = V2 Up sin(0 + : +a) (2-11)

Dién ap ngan mach U, = U,— U,= V6 U2 sin(® +a)

Dong dién ngan mach i, duge xac dinh boi phuong trình : di, U = V6 U2 sin(0 + a) =2X do ; (2-12) c= 2x [ cosơ — cos(Ø + ơ) ] 2 — 0+ ; ( 2-13 ) e L JL JL Tụ | T¡ NS Ny L> ic TER Ts [ T3 Ny IN ~ LN T; Ts Ny L>& bang ly G th F

Hình 2-6 : Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có hiện tượng trùng dẫn

Dòng điện chạy trong Tì là irị = Tụ - l, ; Dòng điện chạy trong Tạ là ir; =1, ;

Giả thiết quá trình trùng dẫn kết thúc khi 9 = 0; và ký hiệu pp = ; — Ø; là góc trùng

dẫn

Trang 38

Đồ án tốt nghiệ) GVHD:ThS Khương Công Minh

Hình 2-7 : Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu cầu ba pha có trùng dẫn Khi 0 =, irị =0, ta có biểu thức sau : 2X1, V6U, Hình dạng điện áp tai U, trong giai đoạn trùng dẫn trong khoảng 0, — 9; T; dẫn €OSƠ — COS(H + 0) = (2-14) dong , T, , T; trùng dẫn dòng Vậy có thể viết các phương trình sau : din, €; - ec- 2L¿ = Ua (2-15) dt di,, _ e—e.-2L, 3 =U,g (2-16) dt ips + Irị = lr; = lạ =const (2-17) Từ 3 phương trình ta rút ra : U¿= ““ lu -Œ (2-18)

Do trùng dẫn ( L, # 0) nên trị trung bình của điện áp tải bị giảm đi một AU,, và

Trang 39

2.2.3 Nghịch lưu phụ thuộc

Ta có ở chế độ chỉnh lưu dòng điện trung bình trên tải Iạ và điện áp trung bình Uạ

luôn cùng chiều Công suất tiêu thụ trên tải P = Ua.l¿ luôn dương và chiều của công

suất luôn từ phía nguồn xoay chiéu chuyên qua tải một chiều , ta nói bộ biến đồi làm việc ở chế độ chỉnh lưu M da M Ja o—_ + o—_ — - o——| BBD U, | Tại O2——| BBĐ Us fra mm — O———] + N N Công suất P= U¿.l¿ > 0 Công suất P = Uạ.lạ < 0 a) b) Hình 2-8 : a ) Chế độ chỉnh lưu ; b ) Chế độ nghịch lưu

Khi tăng góc moa, gia tri trung bình của điện áp chỉnh uu Ug giảm đi nhưng vẫn còn dương Tiếp tục tang a > 5 „ điện áp chỉnh lưu trung bình đồi dấu Cực M trỏ thành âm ( - ) và N thành dương ( + ), điện áp —- Uy tang dần đến khi œ= Vì

điện áp Ua đồi chiều trong khi lạ có chiều không đổi nên công suất P đồi dấu Điều

này có nghĩa là tải một chiều đã trở thành nguồn phát và công suất truyền ngược từ

phía tải về nguồn Ta nói bộ biến đồi đã chuyền sang làm việc ở chế độ nghịch lưu

Lưu ý rằng ở chế độ nghịch lưu , lưới xoay chiều nhận công suất tác dụng từ phía tải nhưng vẫn tiếp tục cung cấp công suất phản kháng và ảnh hưởng đến dạng sóng , tần

số của điện áp xoay chiều ta nói rằng sơ đỗ này làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc

Để lưới có thể nhận năng lượng từ phía tái thì tải phải là một nguồn phát và điện

áp của tải phái lớn hơn điện áp của nguồn đề đảm bảo cho van bán dẫn phân cực

thuận

Trong trường hợp nghịch lưu phụ thuộc thì ta phải có góc điều khiển œ > Z/2 ta

có điện áp trung bình của nghịch lưu phụ thuộc là U„ < 0

Trang 40

Đồ án tot nghiệp GVHD:ThS Khwong Cong Minh

2.2.4 Hệ T - Ð không đảo chiều (CL— ĐM) :

Khi ta dùng các bộ chỉnh lưu có điều khiển hay là các bộ chỉnh lưu dùng thyristor để làm bộ nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều như các phần trước ta đã giới thiệu , ta có điện áp chỉnh lưu của hệ là :

Ug = Uao cosa ;

Vậy ta có phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của hệ chỉnh lưu T— Ð

không đảo chiều là :

Ey.cosa Ry, +Ry o= Ï; K dm K Bin o- E-0sa _ Ry + Ry M; Kbim — (Kó„) @ = @ - A@ ; Trong đó : œạ = Z2:°93Z la tốc độ không tải lý tưởng, vì lúc đó ở vùng dòng điện lim

gián đoạn , hệ sẽ có thêm một lượng sụt áp nên đường đặc tính điều chỉnh đốc hơn ,

tốc độ không tải lý tưởng thực œạ sẽ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng gia trong wo

như hình 2-10

Vậy, khi thay đổi góc điều khiển œ = 0 — ø thì Eạo thay đổi từ Ea đến -Eao

và ta sẽ được một họ đặc tính cơ song song với nhau nằm ở nữa bên phải của mặt phẳng toạ độ [ @ ,I] hoặc [ø,M]

Trong đó :

X;a : Điện kháng máy biến áp f¡ : Tần số lưới

Định dạng
Số trang	107
Dung lượng	21,35 MB