Bài giảng điện tử công suất và truyền động điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐOÀN VĂN ĐIỆN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN HƯNG YÊN 2017 MỤC LỤC MỤC LỤC PHẦN 1- ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Chương CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN 1.1 NHIỆM VỤ CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.2 CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN 1.2.1 Diode công suất 1.2.2 Transistor công suất 10 1.2.3 Thyristor (SCR-Silicon Controlled Rectifier) 18 1.2.4 Triac (Triode Alternative Current) 25 1.2.5 GTO (GATE TURN-OFF Thyristor) 27 1.2.6 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transitor) 28 1.2.7 IGTC (Integrated Gate Commutated Thyristor) 29 1.2.8 MCT (MOS CONTROLLED THYRISTOR) 30 1.2.9 MTO (MOS TURN OFF THYRISTOR) 31 1.2.10 ETO (EMITTER TURN OFF THYRISTOR) 32 1.2.11 Khả hoạt động linh kiện 34 Chương CHỈNH LƯU DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 35 2.1 PHÂN BIỆT SƠ ĐỒ MẠCH CHỈNH LƯU, LUẬT ĐÓNG MỞ VAN 35 2.1.1 Phân biệt sơ đồ mạch chỉnh lưu 35 2.1.2 Ngun lí làm việc, luật đóng mở van 36 2.2 CHỈNH LƯU HÌNH TIA 39 2.2.1 Mạch chỉnh lưu hình tia pha khơng có điều khiển 39 2.2.2 Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha khơng có điều khiển 41 2.3 MẠCH CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 42 2.3.1 Mạch chỉnh lưu hình cầu pha khơng có điều khiển 42 2.3.2 Mạch chỉnh lưu hình cầu ba pha khơng có điều khiển 44 2.4 CÁC MẠCH CHỈNH LƯU BÁN ĐIỀU KHIỂN 47 2.4.1 Mạch chỉnh lưu hình cầu pha 47 2.4.2 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha 48 Chương ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN MỘT CHIỀU 51 3.1 KHÁI QUÁT CHUNG 51 3.2 BỘ ĐIỀU CHỈNH XUNG ÁP MỘT CHIỀU NỐI TIẾP 53 3.3 MẠCH XUNG ÁP SONG SONG 55 3.4 BỘ ĐIỀU CHỈNH XUNG ÁP CHIỀU HỖN HỢP 56 3.5 MỘT SỐ SƠ ĐỒ XUNG ÁP MỘT CHIỀU KHÁC 57 3.5.1 Sơ đồ xung áp loại B 58 3.5.2 Sơ đồ xung áp có đảo chiều 61 Chương4 ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU 69 4.1 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA 69 4.1.1 Sơ đồ nguyên lý 69 4.1.2 Nguyên lý làm việc 69 4.1.3 Chế độ dòng tải 70 4.2 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU PHA 71 4.2.1 Trường hợp tải trở đối xứng 72 4.2.2 Trường hợp tải cảm đối xứng 73 4.2.3 Trường hợp tải điện trở điện cảm 74 Chương 5.NGHỊCH LƯU VÀ BIẾN TẦN 76 5.1 THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI DÒNG ĐIỆN MỘT PHA 76 5.2 BBĐ MCXC NGUỒN ÁP PHA 76 5.3 THIẾT BỊ BIẾN TẦN BA PHA GIÁN TIẾP 77 5.3.1 Khái niệm chung 77 5.3.2 Biến tần gián tiếp pha nguồn áp 78 5.3.2 Biến tần gián tiếp pha nguồn dòng 79 5.4 BIẾN TẦN TRỰC TIẾP 81 Chương 6.NGUYÊN TẮC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI 84 6.1 CÁC NGUYÊN TẮC VÀ CÁC KHÂU ĐIỀU KHIỂN 84 6.1.1 Các nguyên tắc điều khiển 84 6.1.2 Khuếch đại biến đổi xung điều khiển 86 6.2 MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 86 6.2.1 Mạch điều khiển chỉnh lưu 86 6.2.2 Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 86 PHẦN - TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 101 Chương KHÁI NIỆM, CƠ SỞ ĐỘNG HỌC VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 101 1.1 CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG 101 1.1.1 Cấu trúc hệ thống truyền động điện tự động 101 1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện tự động 101 1.2 CƠ SỞ ĐỘNG HỌC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 102 1.2.1 Đặc tính động điện 102 1.2.2 Đặc tính máy sản xuất 103 1.2.3 Trạng thái làm việc hệ truyền động điện tự động 104 1.2.4 Quy đổi đại lượng học 105 1.2.5 Phương trình động học hệ TĐĐ TĐ 107 1.2.6 Điều kiện ổn định tĩnh hệ truyền động điện tự động 107 1.2.7 Các đặc tính động điện 108 1.3 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 109 1.3.1 Phương trình đặc tính - ảnh hưởng tham số 110 1.3.2 Vẽ đặc tính 115 1.3.3 Tính tốn điện trở khởi động 117 1.3.4 Đặc tính trạng thái hãm 117 1.4 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ NỐI TIẾP 122 1.4.1 Phương trình đặc tính cách vẽ 122 1.4.2 Tính toán điện trở khởi động 126 1.4.3 Các trạng thái hãm động kích từ nối tiếp 126 1.5 ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ KĐB 128 1.5.1 Phương trình đặc tính 128 1.5.2 Ảnh hưởng thông số đến đặc tính 131 1.5.3 Khởi động cách xác định điện trở khởi động 133 1.5.4 Đặc tính trạng thái hãm 134 1.6 ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 140 1.6.1 Các đặc tính động đồng 140 1.6.2 Khởi động hãm động đồng 143 CHƯƠNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 146 2.1 VẤN ĐỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ VÀ CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TĐĐ 146 2.1.1 Các định nghĩa 146 2.1.2 Các tiêu chất lượng 148 2.2 CÁC NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH 149 2.2.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMĐL cách thay đổi điện áp phần ứng động 149 2.2.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi từ thơng kích từ động cơ: 151 2.2.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng: 151 2.3 CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH 152 2.3.1 Hệ Máy phát - Động chiều (F-Đ) 152 2.3.2 Hệ Chỉnh lưu - Động chiều 155 2.3.3 Các hệ TĐ điều chỉnh xung áp - động ĐC 157 2.3.4 Đặc tính 158 2.4 ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TĐĐ MỘT CHIỀU 159 2.4.1 Điều chỉnh Eb theo dòng tải 159 2.4.2 Điều chỉnh Eb theo điện áp phần ứng 161 2.4.3 Điều chỉnh Eb theo tốc độ 161 Chương ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 163 3.1 NGUYÊN LÝ CHUNG 163 3.2 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN TRỞ MẠCH ROTOR 163 3.3 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP ĐỘNG CƠ 165 3.4 ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TRƯỢT PS 171 3.5 ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ CỦA NGUỒN CẤP CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 173 3.5.1 Điều chỉnh tần số - điện áp 173 3.5.2 Các biến đổi tần số điện áp 175 Chương CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 178 4.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 178 4.1.1 Đặt vấn đề 178 4.1.2 Phát nóng làm nguội động điện 178 4.1.3 Phân loại chế độ làm việc truyền động điện 180 4.2 CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO NHỮNG TRUYỀN ĐỘNG KHÔNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 182 4.2.1.Chọn động làm việc dài hạn 182 4.2.2 Chọn công suất động cho phụ tải ngắn hạn lặp lại 182 4.3 CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG CĨ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 183 4.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM NGHIỆM CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 184 PHẦN 1- ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT MỞ ĐẦU Điện tử cơng suất chuyên ngành điện tử học nghiên cứu ứng dụng phần tử bán dẫn công suất sơ đồ biến đổi nhằm biến đổi khống chế nguồn lượng điện với tham số thay đổi được, cung cấp cho phụ tải điện Theo nghĩa rộng, nhiệm vụ điện tử cơng suất sử lý điều khiển dịng lượng điện cách cung cấp điện áp dòng điện dạng thích hợp cho tải Tải định thơng số điện áp, dịng điện, tần số, số pha đầu biến đổi Thơng thường, điều khiển có hồi dõi đầu biến đổi cực tiểu hóa sai lệch giá trị thực ngõ giá trị mong muốn (hay giá trị đặt) Các biến đổi bán dẫn đối tượng nghiên cứu điện tử công suất Trong biến đổi phần tử bán dẫn cơng suất sử dụng khóa bán dẫn, gọi van bán dẫn, mở dẫn dòng nối tải vào nguồn, khóa khơng cho dịng điện chạy qua Khác với phần tử có tiếp điểm, van bán dẫn thực đóng cắt dịng điện mà khơng gây nên tia lửa điện, khơng bị mài mịn theo thời gian.Tuy đóng ngắt dòng điện lớn phần tử bán dẫn cơng suất lại điều khiển tín hiệu điện công suất nhỏ, tạo mạch điện tử công suất nhỏ Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào sơ đồ biến đổi phụ thuộc vào cách thức điều khiển van biến đổi Như trình biến đổi lượng thực với hiệu suất cao tổn thất biến đổi tổn thất khóa điện tử, khơng đáng kể so với cơng suất điện cần biến đổi.Không đạt hiệu suất cao mà biến đổi cịn có khả cung cấp cho phụ tải nguồn lượng với đặc tính theo u cầu, đáp ứng q trình điều chỉnh, điều khiển thời gian ngắn nhất, với chất lượng phù hợp hệ thống tự động tự động hóa Đây đặc tính mà biến đổi có tiếp điểm kiểu điện từ khơng thể có Với đối tượng nghiên cứu biến đổi bán dẫn công suất, Điện tử cơng suất cịn có tên gọi "Kỹ thuật biến đổi điện năng" Để phân biệt với chuyên ngành khác kỹ thuật điện tử liên quan đến q trình xử lý tín hiệu với mức điện áp thấp dịng điện nhỏ, Điện tử cơng suất cịn gọi "Kỹ thuật dòng điện lớn" Tuy nhiên Điện tử công suất nghiên cứu sơ đồ mạch điều khiển van bán dẫn công suất phần tử bán dẫn cơng suất nhỏ, tên gọi phản ánh phần phạm vi nghiên cứu lĩnh vực Điện tử công suất ứng dụng rộng rãi hầu hết ngành cơng nghiệp đại Có thể kể đến ngành kỹ thuật mà có ứng dụng tiêu biểu biến đổi bán dẫn công suất truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, q trình điện phân cơng nghiệp hóa chất, nhiều thiết bị cơng nghiệp dân dụng khác Trong năm gần công nghệ chế tạo phần tử bán dẫn cơng suất có tiến vượt bậc ngày trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo biến dổi ngày nhỏ gọn, nhiều tính sử dụng ngày dễ dàng Chương CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN 1.1 NHIỆM VỤ CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.1.1 Định nghĩa, Phân loại a Điện tử tín hiệu b Điện tử công suất lớn 1.1.2 Nhiệm vụ Điện tử cơng suất A Chỉnh lưu dịng điện xoay chiều B Điều chỉnh điện áp dòng điện chiều C Điều chỉnh dòng điện điện áp xoay chiều D Nghịch lưu biến tần 1.2 CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CƠNG SUẤT CƠ BẢN 1.2.1 Diode cơng suất a Chất bán dẫn Về phương diện dẫn điện, chất chia thành hai loại: chất dẫn điện (có điện trở suất nhỏ) chất khơng dẫn điện (có điện trở suất lớn) Chất khơng dẫn điện cịn gọi chất cách điện chất điện môi Giữa hai loại chất có chất trung gian mà điện trở suất thay đổi giới hạn rộng giảm mạnh nhiệt độ tăng (theo quy luật hàm mũ) Nói cách khác, chất dẫn điện tốt nhiệt độ cao dẫn điện khơng dẫn điện nhiệt độ thấp Đó chất bán dẫn (hay chất nửa dẫn điện) Trong bảng tuần hoàn (Mendeleev) nguyên tố bán dẫn chiếm vị trí trung gian (Hình 1.1) kim loại kim Điển hình Ge, Si… Vì phân nhóm IV, lớp ngồi Ge, Si có điện tử (electron) chúng liên kết đồng hoá trị với tạo thành mạng bền vững (Hình 1.2a) Hình 1.1 Các ngun tố bán dẫn Khi có tâm không khiết (nguyên tử lạ, nguyên tử thừa không liên kết bán dẫn, khuyết tật mạng tinh thể: nút chân khơng, ngun tử hay ion nút mạng, phá vỡ tinh thể, rạn vỡ…) trường điện tuần hồn tinh thể bị biến đổ chuyển động điện tử bị ảnh hưởng, tính dẫn điện bán dẫn thay đổi Nếu trộn vào Ge đơn chất thuộc phân nhóm III chảng hạn In, lớp điện tử ngồi In có ba điện tử nên thiếu điện tử để tạo cặp điện tử đồng hoá trị Nguyên tử In lấy diện tử nguyên tử Ge lân cận làm xuất lỗ trống (hole) dương (Hình 1.2b) Ion Ge lỗ trống lại lấy điện tử nguyên tử Ge khác để trung hoà biến nguyên tử Ge sau thành lỗ trống Quá trình tiếp diễn bán dẫn Ge gọi bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn dương (bán dẫn loại P – Positive) Tương tự, trộn vào Ge đơn chất thuộc phân nhóm V, chẳng hạn As, lớp điện tử ngồi As có điện tử nên sau tạo cặp điện tử đồng hoá trị với nguyên tử Ge xung quanh, As thừa điện tử Điện tử dễ dàng rời khαi nguyên tử As trở thành điện tử tự Bán dẫn Ge trở thành bán dẫn điện tử hay bán dẫn âm (bán dẫn loại N – Negative) Khi nhiệt độ chât bán dẫn tăng hay bị ánh sáng chiếu vào nhiều chuyển động phần tử mang điện mạnh lên nên chất bán dẫn dẫn điện tốt Các chất bán dẫn đơn chất B, C, Si, Ge, S, Se…các hợp chất ZnS, CdSb, AlSb…các ôxyt Al2O3, Cu2O, ZnO, SiO2…các sulfua ZnS, CdS… Hiện nay, chất bán dẫn dùng nhiều lĩnh vực khoa học, kỹ thuật đời sống b Tính dẫn điện chiều lớp tiếp xúc P-N Khi ghép loại bán dẫn P N lại với (Hình 1.3) chỗ hai mặt ghép giáp hình thành lớp tiếp xúc P-N (ký hiệu là: J - Junction) Ge Ge Ge Ge Ge a, Hình 1.2 Sự tạo bán dẫn P(b) N(c) Quá trình xảy sau: Tại chỗ ghép, điện tử âm tự từ bán dẫn N chuyển sang bán dẫn P, chúng tái hợp với lỗ trống trở nên trung hồ điện Phía bán dẫn P, lỗ trống nên trở thành mang điện âm Phía bán dẫn N điện tử nên trở thành mang điện dương Do vậy, điện trường E0 lớp tiếp xúc P-N hình thành hướng từ N sang P ( Hình 1.3a) Điện trường rào ngăn không cho lỗ trống từ P tiếp tục sang N điệ tử từ N tiếp tục sang P Nếu nối P-N với nguồn điện chiều để tạo phân cực thuận (Hình 3b) tức cực dương nguồn nối với bán dẫn P, cực âm nguồn nối với bán dẫn N có điện trường ngồi (do nguồn ngồi tạo ra) hướng từ P sang N, mạnh E0 ngược hướng E0 Điện trường giúp lỗ trống dương tiếp tục từ P sang N điện tử tiếp tục từ N sang P tạo dòng điện thuận Ith qua lớp tiếp xúc P-N Nếu nối P-N để tạo phân cực ngược (Hình 1.3c) tức cực dương nguồn nối với bán dẫn N cực âm nguồn nối với bán dẫn P điện trường hướng từ N sang P chiều với lớp tiếp xúc E0 cản trở dịch chuyển lỗ trống từ P sang N điện tử tự từ N sang P nên dịng điện khơng tạo Trên thực tế, có dịng điện nhỏ qua lớp tiếp xúc gọi dòng điện ngược (vì chảy từ N sang P) hay dịng điện rị Hình 1.3 Sự hình thành lớp tiếp xúc P-N Vậy lớp tiếp xúc P-N có tính chất đặc biệt cho dòng điện chảy qua phân cực thuận ngăn cản khơng cho dịng điện chảy qua phân cực ngược Tính chất có điện trường lớp tiếp xúc E0 hướng từ N sang P Điện trường E0 tạo rào c Diode công suất Diode phần tử bán dẫn gồm miếng bán dẫn P N ghép lại với Đầu nối với bán dẫn P gọi anode (A), đầu nối với bán dẫn N gọi cathode (C) Đặc tính Von-Ampe Diode biểu thị quan hệ I(U) dòng điện qua Diode điện áp đặt vào hai cực Diode Đặc tính Von-Ampe tĩnh Diode có hai nhánh Hình 1.4 Cấu tạo Diode công suất Nhánh thuận: ứng với phân áp thuận dịng điện qua Diode tăng theo điện áp Khi điện áp đặt vào Diode vượt ngưỡng Un cỡ 0, 1V-0, 5V chưa lớn đặc tính có dạng Parabol (đoạn 1) Khi điện áp lớn đặc tính gần đường thẳng (đoạn 2) Điện trở thuận Diode điểm đặc tính thường nhỏ tính theo: Rth = I = tgα Đó nghịch đảo giá trị đạo hàm dI/dU đặc tính điểm U tính điện trở Nhánh ngược: ứng với phân áp ngược Lúc đầu điện áp ngược tăng dịng điện ngược (dịng điện rị) nhỏ tăng chậm (đoạn 3) Tới điện áp ngược |U| > 0, 1V dịng điện ngược có trị số nhỏ khoảng vài mA gần giữ nguyên Sau đó, điện áp ngược đủ lớn |U| > Ung.max dịng điện ngược tăng nhanh (đoạn 4) cuối (đoạn 5) Diode bị đánh thủng Lúc này, dịng điện ngược tăng vọt dù có giảm điện áp Điện áp gọi điện áp chọc thủng Diode bị phá hỏng, để đảm bảo an toàn cho Diode, ta nên chọn Diode làm việc với điện áp ngược điện áp ~ 0, Ung.max Với Ung< 0, Ung.max dịng điện rị qua Diode nhỏ không đáng kể Diode coi trạng thái khố Hình 1.5 Đặc tính Von-Ampe Diode Vùng khuỷu vùng điện trở ngược Diode từ trị số lớn chuyển sang trị số nhỏ dẫn đến dòng điện ngược từ trị số nhỏ trở thành trị số lớn Từ đặc tính V.A Diode, thấy Diode (do tính chất đặc biệt lớp tiếp xúc P-N) cho dòng điện chảy qua từ anode A sang cathode C phân áp thuận khơng cho dịng điện qua từ cathode C sang anode A phân áp ngược Đặc tính Diode thực đường phi tuyến (không thẳng) (đường a hình 1.6) Đặc tính V.A Diode lý tưởng nhữngđoạn thẳng (đường b hình 1.6) phân áp thuận, điện trở RAC 0, dòng điện thuận coi ngắn mạch, phân áp ngược điện trở RAC vơ cùng, khơng có dịng điện ngược Đặc tính V.A Diode cịn thay đổi theo nhiệt độ (hình 1.7) I b b a a UAC Hình 1.6 Đặc tính V-A Diodethực vàDiode lý tưởng Hình 1.7 Đặc tính Volt-Ampe Diode phụ thuộc nhiệt độ Qua đặc tính V-A cho thấy tuỳ theo điều kiện phân áp mà Diode dẫn dịng hay khơng dẫn dịng Diode van (valve) bán dẫn Tính chất sử dụng để chỉnh lưu (nắn) dòng điện xoay chiều thành chiều Khi nối Diode vào nguồn điện xoay áp chiều vào phụ tải Diode dẫn dòng nửa chu kỳ cịn lại phân áp ngược Sự chuyển đổi thơng = khố Diode khơng tức thời mà cần có thời gian định toff– thời gian cần để Diode chuyển từ trạng thái thông sang trạng thái khoá ton– thời gian cần để Diode chuyển từ trạng thái khố sang trạng thái thơng (dẫn) Chính vậy, tần số điện áp xoay chiều q lớn Diode bình thường khơng tạo chế độ khoá d Diode đệm Diode đệm (cịn gọi Diode phóng điện, Diode hồn lượng) Diode mắc song song ngược với phụ tải điện chiều có tính chất cảm kháng (hình8) Diode đệm D0 có hai nhiệm vụ: - Khi phụ tải làm việc, Diode đệm D0 chịu điện áp ngược trạng thái khố Dịng điện tải cấp từ nguồn chiều (hình 8a) Khi ngắt nguồn (U= 0), s.đ.đ tự cảm của cảm kháng phụ tải lúc ngắt mạch, dòng cảm ứng phụ tải khép kín qua Diode D0 (hình 8b) Nếu khơng có Diode D0, điện cảm ứng lớn đặt lên phần tử nguồn phá hαng chúng, đánh thủng cách điện nguy hiểm cho người - Đảm bảo dịng điện liên tục cho tải Hình 1.8 Diode đệm nối vào mạch có tính chất cảm kháng để tránh giảm đột ngột dịng điện Bình thường, dịng điện phụ tải có tính chất cảm kháng nguồn cung cấp Khi dòng điện phụ tải giảm (đột ngột) bị ngắt lại có, phụ tải xuất điện áp cảm ứng qúa độ lớn, dẫn đến nguy hiểm nêu cho thiết bị nguồn Diode D0 cho dòng cảm ứng khép kín qua trì dịng tải Dịng cảm ứng phóng qua D0 có độ lớn tuỳ thuộc lượng điện từ tích luỹ cuộn dây phụ tải tức tuỳ thuộc trị số độ tự cảm L nhỏ hay lớn Cường độ dịng điện phóng giảm theo hàm mũ với số thời gian:  = L/R Nếu  >> T (T- chu kỳ điện áp hình sin) cường độ dịng điện qua tải coi không đổi 1.2.2 Transistor công suất a Đặc điểm chung Transitor cơng suất có cấu tạo tương tự Transitor thường với loại NPN hay PNP Điểm khác với Transitor thường Transitor công suất thường sử dụng khố đóng cắt điện tử Tiếp giáp có diện tích hàng mm2 cho dịng điện qua hàng chục hay hàng trăm Ampe, chịu tần số đóng cắt cao điện áp làm việc lớn Nó cịn gọi phần tử khuếch đại chuyển mạch Nghĩa Transitor có hai điểm làm việc khác biệt Hình mô tả sơ đồ khuếch đại chuyển mạch 10 đó: 2 = e -  tần số trượt rotor, dịng điện chỉnh lưu trung bình hàm số tôc độ quay: (18) Độ trượt s0 gọi độ trượt hệ thống không tải, độ trượt tải gây ra: s0  1  0  U d    ;s'  1 1 3.U lm (19) Điện áp stator có dạng ua=Ulmcoset, bỏ qua điện trở dây quấn stator từ thơng có biên độ tỷ lệ điện áp stator:   - Ulm/1 (20) mômen động tỉ lệ với thành phần dọc trục dòng điện rotor động  ' U lm (21) M  p I 1 dr Giá trị trung bình dịng điện idr tính sau: U s' s' I dr   lm (1  )  X r sX sX (22) Trong đó: sX= s0 + s’+ 2Rr/3Xr Cuối phương trình xac định momen hệ thống nối tần van điện là: M  p' ( U lm e )2 Lr  s' 1   sX  s'   sX (23) Trên hình (H5.9d - TĐĐ/175) có dưng đặc tính hệ nối tầng van cho góc điều khiển  nghịch lưu 3.5 ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ CỦA NGUỒN CẤP CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3.5.1 Điều chỉnh tần số - điện áp Luật điều chỉnh tần số điện áp cho khả tải Khi điều khiển tần số trở kháng, từ thơng, dịng điện… động thay đổi, để đảm bảo số tiêu điều chỉnh mà không làm động bị q dịng cần phải điều chỉnh điện áp.Đối vơi hệ thống biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ khả tải momen không đổi suốt dải điều chỉnh tốc độ Momen cưc đại mà động sinh momen tới hạn Mth, khả tải momen qui định hệ số tải mômen M M.= Mth/ M 173 Hình 3.10 Xác định khả tải momen Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato:Rs= ta có phương trình M th  US 2 LS Lro '  Lm 2 U  K  S  0    (1D) Điều kiện để giữ hệ số tải không đổi là: M  M th M thdm  M M dm (2D) Thay (1D) vào (2D) rút gọn ta được: Us 0  U sdm 0 dm M M thdm (3D) Đặc tính gần máy sản xuất (phụ tải) viết sau: M c  M dm ( 0 X ) 0 dm (4D) Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp 174 Hình 3.12 Nguyên lý tạo điện áp xoay chiều pha a: Trật tự đóng ngắt khố S b: Đồ thị điện áp dây pha c: Sơ đồ nối tải vào nguồn Từ (4D) và(3D) rút luật điều chỉnh tần số điện áp để có hệ số tải momen không đổi: US  1 x f 1 x ( ) ( S ) U Sdm  dm f Sdm * Thay dạng đơn vị không tên: U S  f S (5D) x *( 1 ) 3.5.2 Các biến đổi tần số điện áp Sơ đồ nguyên lý mạch lực biến tần nguồn áp (H2D-2) bao gồm bốn khối chức chính:nguồn điện chiều NMC, mạch lọc F, nghịch lưu độc lập nguồn áp NL động không đồng Nguồn chiều mạch lọc tạo điện áp chiều có giá trị điều chỉnh được, nghịch lưu gồm 6khoá bán dẫn S1….S6 cần van điều khiển D1….D6 khoá nghịch lưu đóng cắt theo thứ tự định(xem H2D-3a) tạo thành điện áp xoay chiều ba pha đặt nên động chấp hành, góc dẫn khố 180, thời điểm khóa S1, S3, S5 S2, S4, S6 bắt đầu dẫn lệch 120, điện áp nghịch lưu có dạng xung chữ nhật với độ rộng 120 thỏa mãn điều kiện phân tích thành chuỗi điều hịa U ab   k  u d  cos sin(ke t  )  6 k 1 k (6D) k=1 + 6C; C = 0; 1; 2… Thành phần điều hịa (6D) có biên độ: 175 U abm  u d   1,103u d (7D) Và giá trị hiệu dụng là: U ab  u d   0,78u d (8D) Giá trị hiệu dụng chuỗi (6D): U ab  u d  0,816u d (9D) (10D) k  Đồ thị điện áp pha động có dạng bậc thang, thời điểm khố chuyển mạch Biên độ sóng hài bậc k: U abm k  u d điện áp pha có đột biến nhẩy cấp.Giá trị cấp xác định (H2D-3b).Dòng động nghiệm phương trình vi phân mơ tả động giải đoạn.Khi điện áp pha không đổi dịng có dạng xoay chiều khơng điều hịa – xem H5.13 sau: Hình 3.13 Đồ thị dịng điện khoảng dẫn van Các khóa S khóa ban dẫn, truyền động cơng suất nhỏ thường ding tranzito, truyền động công suât lớn thường dùng van thyritor, việc khóa (ngắt) khóa thực mạch đặc biệt dùng tụ điện van thyritor phụ … thời gian gần sử dụng thyritor đặc biệt van khóa xung điều khiển(GTO) Giá trị điện áp động điều chỉnh biên độ điện áp chiều –bằng chỉnh lưu điều khiển băm xung áp (H5.14a).Điện áp điều chỉnh điều chỉnh thời gian đóng khóa S (H5.14b) điều chế độ rộng xung áp băng nghịch lưu (H5.14c, d) 176 Hình 3.14 Phương pháp điều chỉnh điện áp nghịch lưu tần số - điện áp a) Điều chỉnh biên độ b) Điều chỉnh độ rộng xung; c) Điều chỉnh độ rộng điều chế cực tính; d) Điều chế độ rộng xung hai cực tính 177 Chương 4.CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 4.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 4.1.1 Đặt vấn đề Khi thiết kế hệ thống TĐĐ, người ta phải tiến hành bước sau: - Tính chọn cơng suất động truyền động - Chọn loại động loại truyền động: Một chiều, xoay chiều, có hay khơng có điều chỉnh tốc độ, có đảo chiều quay khơng, dùng hệ F - Đ, V - Đ hay BBT - Đ v.v… - Tính chọn thiết bị mạch lực như: BBĐ, thiết bị đóng, cắt, mạch lọc v.v - Tính chọn mạch điều khiển - Tính chọn thiết bị mạch bảo vệ, đo lường, tín hiệu hố Như vậy, yếu tố hàng đầu cần quan tâm công suất động HTTĐĐ Bởi vì, để hệ thống truyền động điện làm việc tốt, thỏa mãn tiêu kỹ thuật, kinh tế an toàn, cần chọn công suất động điện Sự làm việc tin cậy kinh tế HTTĐĐ phụ thuộc vào lựa chọn xác cơng suất đơng điện biện pháp điều khiển động phù hợp với yêu cầu truyền động Các tiêu chuẩn để chọn động là: Chọn đủ công suất kéo, tốc độ phù hợp với phạm vi điều chỉnh D phương pháp điều chỉnh tốc độ, thoả mãn yêu cầu mở máy hãm, phù hợp với nguồn điện, điều kiện làm việc v.v … Trong đó, tiêu chuẩn chọn cơng suất động có ý nghĩa lớn Nếu chọn Pđm động lớn công suất yêu cầu phụ tải thì: Động kéo tải dễ giá thành cao, hiệu suất truyền động thấp, cos  thấp động non tải làm ảnh hưởng đến chất lượng lưới điện Ngược lại chọn Pđm nhỏ cơng suất u cầu phụ tải động không kéo tải bị làm việc tải gây phát nóng cuộn dây làm cháy hỏng giảm tuổi thọ động Tuy nhiên, dựa vào đâu để tính chọn cơng suất động ? Người ta dựa vào thơng tin sau: Dựa vào đặc tính phụ tải quy luật phân bố tải theo thời gian: Mc (t);Qc (t); Pc(t) Từ dó, biết đặc điểm phụ tải làm việc chế độ nào: Ngắn hạn, dài hạn, ngắn hạn lặp lại …, Có yêu cầu đảo chiều, điều chỉnh chế độ tốc độ không ? Chế độ khởi động? … Dựa vào tính toán nhiệt độ cho phép động cơ: Động chế độ làm việc bình thường q tải cho phép nhiệt độ khơng vượt q nhiệt độ cho phép: Tcp Ngồi ra, cịn phải xem xét đến yêu cầu khả tải cho phép động để xác định mômen tải chọn công suất động theo mômen tải 4.1.2 Phát nóng làm nguội động điện a Nguyên nhân phát nóng động Trong trình làm việc, thực biến đổi điện thành năng, phần lượng bị tiêu tán bên động dạng nhiệt, biểu diễn dạng tổn thất công suất:  P = Pđ - Pcơ Pđ: Công suất điện mà động tiêu thụ từ lưới Pcơ(Pc ): Công suất động đưa đầu trục 178 Vì Pcơ =  Pđ  P = (1-) Pđ = (1   ) Pc  = (1   đm ) Pc  đm Pcđđ Công suất tổn hao gồm ba phần: - Tổn hao ma sát ổ bi roto quay khơng khí - Tổn hao sắt từ, phụ thuộc chất lượng lõi sắt rôto stato - Tổn hao cuộn dây (tổn hao đồng) hiệu ứng Jull Tổn hao tỉ lệ với bình phương dịng chạy qua roto, stato -> phụ thuộc vào tải -> Tổn hao thuộc loại tổn hao biến đổi, chiếm tỉ lệ lớn P : Vậy P = P khơng đổi + P biến đổi Chính P sinh nhiệt lượng đốt nóng động làm t0 động tăng lên Nếu động không trao đổi nhiệt với mơi trường xung quanh t0 tăng đến  động làm việc lâu dài Thực tế, nhiệt lượng toả mơi trường ngồi qua mặt ngồi động làm hạn chế phát nóng Sau thời gian làm việc, t0 động không tăng mà đạt trị số ổn định Lúc đó, nhiệt lương tỏa môi trường đơn vị thời gian nhiệt lượng sinh động Đó trạng thái cân động nhiệt động cơ: b Các phương trình cân nhiệt Giả thiết động vật thể đồng nhất, nhiệt độ giống điểm dẫn truyền nhiệt tức thời (hệ số dẫn nhiệt lớn) Nhiệt lượng sinh động thời gian dt là: P dt (J), nhiệt lượng chia làm hai phần: Phần nhiệt lượng làm cho động nóng lên C.d (C: Nhiệt dung động cơ, tức nhiệt lượng cần thiết làm cho động nóng lên 10c (J/0C)), : Nhiệt sai (nhiệt độ chênh lệch động môi trường(0C) ) Phần nhiệt lượng từ động toả môi trường khoảng dt: A  dt (A: Hệ số toả nhiệt, nhiệt lượng mà động toả môi trường đơn vị thời gian chênh lệch nhiệt độ động nhiệt độ môi trường là10C(w/0C)); A phụ thuộc vào điều kiện làm mát động cơ, làm mát tốt A lớn Vậy, phương trình cân nhiệt: P dt = Cd + Adt (1) Dùng phương pháp phân ly biến số, giải (1) với , điều kiện đầu: t=0, = bđ ta có nghiệm: =ơđ (1 - e-t/ )(2) ôđ = C P : Nhiệt sai ổn định ; : Hằng số thời gian đốt nóng:= (thực chất, nghiệm là:  = A A ôđ + (bđ- ôđ) e-t/, t = có bd = 0: t0 động = t0môi trường) =>= ôđ (1 - e-t/) Đây phương trình biểu diễn đường cong phát nóng động Khi làm việc với nhiệt sai đó, cắt động khỏi nguồn điện động nguội dần Lúc này, nguyên nhân sinh nhiệt động lượng mát ma sát nhỏ nên xem nhiệt lượng phát ra: Q=0; (ôđ =0) =>= bđ.e-t/ Đây phương trình biểu diễn đường cong nguội lạnh động Chú ý: bđ trình nguội lạnh ơđ q trình phát nóng Từ đó, ta xây dựng đường cong phát nóng nguội lạnh: 179 4.1.3 Phân loại chế độ làm việc truyền động điện Để tiến hành chọn công suất động điện dựa theo chế độ nhiệt động cơ, người ta phân loại chế độ làm việc động cơ: Chế độ làm việc dài hạn Chế độ động làm việc có phụ tảitrong thời gian dài Do đó, làm việc, động có nhiệt độ đạt tới giá trị ổn định Trong đó, nhiệt sai động đạt tới trị số ổn định VD: Động làm việc chế độ dài hạn động kéo quạt gió, bơm nước, máy nén khí Giản độ phụ tải đường cong nhiệt sai động hình vẽ Chế độ làm việc ngắn hạn Động làm việc có phụ tải thời gian ngắn Nhiệt sai động chưa đạt tới trị số ổn định phụ tải, thời gian nghỉ động dài, nhiệt sai động đủ để giảm xuống nhiệt sai ban đầu VD: Động đóng, mở cửa đập nước, động cấu nâng – hạ xà ngang, nêm chặt xà máy cắt gọt kim loại lớn (Tiện đứng, phay giường, bào giường…) Giản đồ phụ tải, đường cong nhiệt sai hình bên: Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại Thời gian làm việc có phụ tải thời gian nghỉ xen kẽ Các khoảng thời gian tương đối ngắn thời gian làm việc: tlv, nhiệt sai động chưa đạt tới trị số ổn định phụ tải.Trong thời gian nghỉ, nhiệt sai động giảm chưa trị số cũ lại có phụ tải, nhiệt sai lại tăng lên Q trình mà lặp lại, cuối cùng, nhiệt độ động dao động xung quanh nhiệt độ ổn định trung bình tb max min VD: Cầu trục, máy hàn, cần trục… Chế độ đặc trưng hệ số thời gian đóng điện tương đối: %= tlv t  100%  lv  100% Các trị số tiêu chuẩn  % là: 15%; 25%; 40%; 60% tlv  tng Tck Phương pháp chung chọn công suất động Các tiêu chọn động điện Chọn động điện phải đảm bảo hai mặt: Kinh tế kỹ thuật Về mặt kỹ thuật: - Động chọn phải có cấp điện áp phù hợp với nguồn - Động phải thích ứng với môi trường làm việc (khô ráo, ẩm ướt, bụi bẩn, nóng lạnh…) - Động đựơc chọn phải thoả mãn điều kiện phát nóng (Điều kiện nhất), cho làm việc bình thường tải cho phép, t0 động không vượt t0 cho phép 180 - Động phải đảm bảo tốc độ yêu cầu, xem có hay khơng điều chỉnh tốc độ, có cấp hay vô cấp - Phải đảm bảo điều kiện khởi động tốt theo yêu cầu phụ tải Về mặt kinh tế Động điện chọn phải làm việc với hiệu suất kinh tế cao, vốn đầu tư rẻ chi phí vận hành, bảo quản sửa chữa thấp, sử dụng hết công suất động Các bước chọn công suất động Động điện muốn kéo đựơc cấu sản xuất cần phải sản mơmen Mđ có khả khắc phục mômen sau: Mômen phụ tải cấu sản xuất: Mpt; Mômen không tải M0; Mômen động Mđg, nghĩa Mđ  Mpt + M0 + Mđg Muốn tìm Mđ cần có điều kiện ban đầu bước tính tốn Điều kiện ban đầu - Phải có biểu đồ phụ tải cấu sản xuất: Mc = f1(t) Pc = f2(t) nhiệt lượng tiêu hao Q= f3(t) hay dòng điện I= f4(t) - Phải có biểu đồ biến thiên tốc độ qúa trình làm việc: n= f5(t)  = f6(t) Giả thiết biểu đồ cho hình vẽ trang bên Các bước tính tốn Trước hết vào biểu đồ phụ tải tĩnh: Mc = f(t), tính mơmen trung bình theo biểu thức: n M t i i M tb  i 1 n t i i 1 Sau đó, chọn sơ động có Mđm  Mtb - Tính mơmen động: Mđg(xuất trình độ: Mở, hãm, đảo chiều quay d  J ht  tg dt Jht: Mơmen qn tính hệ thống quy đổi đầu trục động - Vẽ biểu đồ Mđg = f(t) hình vẽ - Vẽ biểu đồ phụ tải động hệ thống hình vẽ: Mcđg= Mpt+ Mo + Mđg - Dựa vào biểu đồ phụ tải động, kiểm tra khả tải động theo điều kiện: động v.v…): M đg  M Đ  M c  J ht M Mđm Mmax Trong đó: Mđm: Mơ men định mức động chọn sơ đồ Mmax: Mô men max biểu đồ phụ tải M: Bội số mômen (hệ số tải) - Kiểm tra lại suất động theo điều kiện phát nóng Nếu kiểm tra không thoả mãn => Chọn lại động 181 4.2 CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO NHỮNG TRUYỀN ĐỘNG KHƠNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Để chọn cơng suất động cơ, ta cần phải biết đồ thị phụ tải Mc(t) Pc(t) quy đổi trục động giá trị tốc độ yêu cầu Từ đồ thị phụ tải, chọn sơ công suất động cơ, tra sổ tay tham số, từ đó, xây dựng đồ thị phụ tải xác Sau đó, tiến hành kiểm nghiệm động chọn 4.2.1.Chọn động làm việc dài hạn Đối với phụ tải dài hạn, có loại khơng đổi, có loại biến đổi * Phụ tải dài hạn khơng đổi: Động cần chọn phải có cơng suất định mức lớn công suất yêu cầu: Pđm ≥ Pc tốc độ định mức phù hợp với yêu cầu Thường chọn Pđm = (1  1, 3)Pc Trong trường hợp này, việc kiểm nghiệm động đơn giản, không cần kiểm nghiệm tải mômen, cần phải kiểm nghiệm điều kiện khởi động phát nóng * Phụ tải dài hạn biến đổi: Để chọn động phải xuất phát từ đồ thị phụ tải, tính giá n  M t i trị trung bình mơmen cơng suất: M tb  i o i i ; n t  P t i Ptb  t i i o i Động chọn phải có: Mđm = (1  1, 3).Mtb; Pđm = (1  1, 3).Ptb Điều kiện kiểm nghiệm: Kiểm nghiệm phát nóng, khởi động, tải mômen 4.2.2 Chọn công suất động cho phụ tải ngắn hạn lặp lại Biểu đồ phụ tải hình vẽ: Sau thời gian, nhiệt sai động ổn định biến thiên khoảng min, max Tương tự trường hợp phụ tải ngắn hạn, ta chọn động dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại chọn động chuyên dùng ngắn hạn lặp lại * Chọn công suất động dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại Thường động dài hạn chọn:Pđm Plv Hệ số tải nhiệt: = Plv   od Pdm  max  od  e t /  'v   max  e t / v lv Từ đường cong phát nóng, ta có  = lv Trong đó: : Hằng số thời gian phát nóng   C t v ;  '  lv ;   A tlv   vo : Hệ số xét đến điều kiện làm mát bị xấu thời gian nghỉ t0 ( = 0, 5: Động chiều,  = 0, 25: Động KĐB) Dựa vào đồ thị phụ tải, xác định Plv u cầu, tlv, to từ chọn sơ cơng suất động để có  o tính ’ suy  Dùng phương pháp tính lặp cho: 182 Plv   Pdm * Chọn công suất động ngắn hạn lặp lại cho phụ tải ngắn hạn lặp lại Động ngắn hạn lặp lại chế tạo chuyên dùng, độ bền khí tốt, quán tính nhỏ, khả tải lớn (từ 2, 53, 5), đồng thời chế tạo chuẩn với % = 15%; 25%; 40%; 60% Động chọn cần thỏa mãn hai điều kiện: + Pđm chọn ≥Plv + %đm chọn phù hợp với %lv Trường hợp chưa phù hợp hiệu chỉnh lại Pđm theo cơng thức: Pđmchọn ≥Plv  lv %  %dmchon Chú ý: Trường hợp phụ tải biến đổi phải dùng cơng thức đại lượng đẳng trị: Pđt = Pt t i i ;  dt %  t t  t i i i io Sau kiểm tra tải mơmen, mơmen khởi động phát nóng 4.3 CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG CÓ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Để tính chọn cơng suất động trường hợp này, cần phải biết yêu cầu bản: + Đặc tính phụ tải: Pyêu cầu (); Myêu cầu(); đồ thị phụ tải: Pc(t); Mc(t); (t) + Phạm vi điều chỉnh tốc độ: max, min + Loại động (một chiều xoay chiều) dự định chọn + Phương pháp điều chỉnh BBĐ hệ thống truyền động cần định hướng trước Như vậy, để tính chọn công suất động ta phải biết phụ tải Trong nhiều trường hợp, phụ tải khác Ta chia thành hai nhóm + Nhóm 1: tốc độ, điều chỉnh Mc = const, công suất cản tỉ lệ bậc với tốc độ + Nhóm 2: tốc độ, điều chỉnh công suất không đổi (Pc = const), Mc tỉ lệ nghịch với tốc độ: M c  Po  Đối với động điện, phương pháp điều chỉnh tốc độ theo tải cho phép chia hai nhóm: + Nhóm 1: Điều chỉnh tốc độ với mômen cho phép động không biến đổi tốc độ, thường gọi phương pháp điều chỉnh tốc độ mômen cho phép không đổi, Rp tỉ lệ bậc với  Các phương pháp thường thực cách thay đổi điện áp Rp mạch phần ứng động điện chiều KTĐL, thay đổi Rp mạch rơtor số đơi cực ĐCKĐB + Nhóm 2: Điều chỉnh tốc độ với Pcp = const; M cp  Pcp  (ĐCMC) thay đổi số đôi cực (1 số trường hợp ĐCKĐB) 183 , thực cách giảm * Chọn công suất động cho truyền động điều chỉnh tốc độ có: Mc = const * Trường hợp: Mcp = const Động chọn phải có: Mđm = Mc, đm = max (điều chỉnh tốc độ thấp tốc độ bản)Pđm = Mđm.đm = Mcmax = Pcmax Trường hợp: Pcp = const Động chọn phải có: Pđm = Pcmax =Mcmax, đm = min (điều chỉnh n>ncb Pcp = const)Mđm = Pdm dm  Pc max min  Mc max  M c D mim Cho thấy: Những truyền động yêu cầu Mc = const, chọn động theo phương pháp điều chỉnh tốc độ có: Pcp = const (khơng phù hợp yêu cầu tải) => Mđm = D.Mc => Tăng kích thước, giá thành động Chọn cơng suất động có Pc = const - Pcp = const: Phù hợp với yêu cầu phụ tải Yêu cầu: Pđm = Pc, Mđm = Pdm dm Riêng ĐCMCKTĐL: Pcp = const (thực nghiệm với n>ccb cách ) Yêu cầu chọn: đm = min, Mđm = Pc   M c max Mcp = const (không phù hợp với yêu cầu tải) Yêu cầu chọn: Mđm = Mcmax, Với M c max  Pc min Mcp = const => thực với  Mcmax - Kiểm nghiệm mômen khởi động: Mkđ đông ≥ Mc mở máy Để kiểm nghiệm công suất động theo điều kiện phát nóng, người ta dùng phương pháp sau: - Phương pháp nhiệt sai cực đại - Phương pháp tổn thất trung bình: Ptb - Phương pháp đại lượng đẳng trị Phương pháp tổn thất trung bình: Ptb 184 Phương pháp tổn thất trung bình xuất phát từ giả thiết Trong trình làm việc với phụ tải biến đổi, điều kiện toả nhiệt không đổi, số thời gian phát nóng  khơng đổi, tổn thất cơng suất trung bình chu kỳ làm việc không đượt vượt tổn thất công suất định mức động nghĩa nhiệt độ cuộn dây không vượt nhiệt độ cho phép Tổn thất cơng suất trung bình tính cho chu kỳ làm việc với phụ tải biến đổi xét: Ptb  P1 t1  P2   Pn t n t1  t   t n Động chọn phải thoả mãn điều kiện: Pđm ≥ Ptb Trong đó: Pđm xác định từ trước: Pdm  Pdm   dm  dm Trong thực tế, để xác định Ptb, ta dựa vào quan hệ Pcơ(t) đường cong (Pcơ): Pcơ: Công suất đầu trục động  = f(Pcơ): Vẽ từ lý lịch máy điện biểu diễn hình vẽ Tổn hao cơng suất động phụ tải Pi xác định Pi  Pi i i ; i = 1, 2, Pi i: Công suất trục hiệu suất động thời gian ti, xác định hình vẽ n  P t i - Tổn thất cơng suất trung bình, tính cho chu kỳ có n đoạn là: Ptb  i i 1 n t i i 1 n  P t i i i 1 Chú ý: Với quạt gió tự làm mát, Ptb    t k    to   tu Trong đó: to: Là thời gian nghỉ : Hệ số, : hệ số giảm truyền nhiệt khởi động hãm ( = 0, 75: ĐCMC;  = 0, 5: ĐCXC) tk: Thời gian khởi động hãm Kiểm nghiệm điều kiện phát nóng phương pháp dịng điện đẳng trị: Iđt Ta biết: Tổn thất động gồm phần: Tổn thất biến đổi tổn thất không đổi, đoạn phụ tải thứ n ta có: Pn = K + Vn = K + b.I2n Từ biểu thức tổn thất trung bình: Ptb  P1 t1  P2 t   Pn t n t1  t   t n Nếu xem: Ptb = K + b.I2đt thì: 185 Ptb = K + b.I2đt = ( K  b.I12 ).t1  ( K  b.I 22 ).t   ( K  b.I n2 ) t1  t   t n Trong đó: K: tổn thất không đổi V: Tổn thất biến đổi: V = b.I2 B: Hệ số Xem tổn thất không đổi K phụ tải biến đổi nhau, ta được: Iđt = I12 t1  I 22 t   I n2 t n t1  t   t n Điều kiện kiểm nghiệm: Iđt Iđm động Để tính tốn giá trị Iđt, ta giải tích q trình q độ Giả thiết ta có kết tình dịng điện i(t) dạng đường liên tục, dùng phương pháp bậc thang xác định ii; ti Trường hợp đường cong dịng điện có dạng tăng trưởng lớn, ta dùng công thức gần đúng: I I i  I di I ci  Trong đó: Iđi Ici xác định theo hình C Phương pháp mơmen đẳng trị: Kiểm tra theo điều kiện phát nóng gián tiếp, mơmem suy từ phương pháp dịng đẳng trị Khi mơmen tỉ lệ với dịng điện: M = C.I (C: Hệ số tỉ lệ) Đối với động chiều: Động thoả mãn động không đổi Đối với động xoay chiều KĐB: M = CM.I2.2.cos2 Ta cần phải có 2 = const cos2 = const Công thức kiểm nghiệm:Mđt = n  M i2 t i TcK Mđm động ≥ Mđt Phương pháp công suất đẳng trị Ở truyền động tốc độ thay đổi P  M -> dùng cơng suất đẳng trị để kiểm nghiệm phát nóng: Pđđộng ≥ Pđt Pđt = n  Pi ti TcK i 1 Thực tế đồ thị phụ tải, tốc độ truyền động có thay đổi lớn, q trình khởi động hãm Do cần phải tính tốn, hiệu chỉnh P(t) (Dùng TĐ tốc độ thay đổi M  P) 186 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bính, Kỹ thuật biến đổi điện năng, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1982 Nguyễn Bính, Điện tử công suất, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1993 Nguyễn Bính, Điện tử cơng suất, NXB Khoa học Kỹ Thuật Hà Nội, 2000 K Datta Samir, Power Electronics and Controls, Reston Virginia, 1985 S.B Dewan, A Straughen, Power Semiconductor Circuit, John Wiley and Sons, 1975 187 ... 1- ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Chương CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN 1.1 NHIỆM VỤ CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.2 CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN 1.2.1 Diode công suất. .. BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN 1.1 NHIỆM VỤ CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.1.1 Định nghĩa, Phân loại a Điện tử tín hiệu b Điện tử công suất lớn 1.1.2 Nhiệm vụ Điện tử công suất A Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều... 184 PHẦN 1- ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT MỞ ĐẦU Điện tử công suất chuyên ngành điện tử học nghiên cứu ứng dụng phần tử bán dẫn công suất sơ đồ biến đổi nhằm biến đổi khống chế nguồn lượng điện với tham