Tài liệu Đề tài "thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện " docx

Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Tính chất của máy phát điện được xác định bởi hai đặc tính: đặc tính từ hoá là sự phụ thuộc của điện áp trên hai cực của máy phát vào dòng điện tải. Các đặc tính này nói chung là phi tuyến do tính chất của lõi sắt do các phản ứng của dòng điện phần ứng v.v .Trong tính toán gần đúng có thể tuyến tính hoá các đặc tính này: 8 9 10 11 12 13 14 15 E F =K F .φ F .ω F = K F .φ F .c.i KF Trong đó K F là hệ số kết cấu của máy phát. C=Δφ F /Δi Nếu dây quấn kích thức của máy phát được cấp bởi nguồn áp lý tưởng U KF thì i U r KF KF KF = 16 17 18 19 20 21 22 Sức điện động của máy phát trong trường hợp này sẽ tỉ lệ với điện áp kích thích bởi hệ số hằng K F , như vậy có thể coi gần đúng máy phát điện một chiều kích từ độc lập là một bộ khuyếch đại tuyến tính E F =K F .U KF Nếu đặt R=R ƯF +R ƯD thì có thể viết được phương trình các đặc tính của hệ F-Đ như sau: ω φ =− K K U RI K F KF φ 23 (1) ω φφ =− K K U R K M F KF () 2 (2) 24 ωω β =− OKFKD KD UU M U (, ) () (3) 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 Các biểu thức (1), (2), (3) chứng tỏ rằng khi điều chỉnh dòng điện kích thích của máy phát thì điều chỉnh được tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ thì giữ nguyên. Cũng có thể điều chỉnh kích từ của động cơ để có dải điều chỉnh rộng hơn. -Các chế độ làm việc của hệ F-Đ. Trong mạch động lực của hệ F-Đ không có phần tử phi tuyến nào nên có đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc. Với sơ đồ căn bản như hình 10 động cơ chấp hành Đ có thể làm việc được chế độ điều chỉnh cả hai phía; kích thích máy phát F và kích thích động cơ Đ, đảo chiều quay bằng cách điều chỉnh dòng kích thích máy phát, hãm dộng khi dòng kích thích máy phát bằng không, hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ, hãm ngược cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn định với momen tải có tính chất thế năng v.v . Hệ F-Đ có các đặc tính cơ điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng toạ độ [ω,M] (hình 11). 8 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Ở góc phần tư thứ I và thứ III tốc độ quay và mômen quay của động cơ luôn cùng chiều nhau, sẽ điện động máy phát và động cơ có chiều xung đối nhau và |E 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 F | > |E|, |ω C | > |ω|. Công suất điện từ của máy phát và động cơ là: PEI PEI PM FF DF Co => =< => ⎫ ⎬ ⎪ ⎭ ⎪ . . . 0 0 0ω (4) Hình 11. Đặc tính cơ hệ F-Đ trong chế độ động cơ Các biểu thức này nói lên rằng năng lượng điện vận chuyển thuận chiều từ nguồn → máy phát → động cơ → tải. Nhận xét: Ưu điểm nổi bật của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng qúa tải lớn. Do vậy thường sử dụng hệ truyền động F-Đ ở các máy khai thác trong hầm mỏ. Nhược điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đặt máy ít nhất gấp 3 lần 8 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện công suất động cơ chấp hành. Ngoài ra các máy phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hoá có trễ nên khó khăn điều chỉnh sâu tốc độ. 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2. Hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ (CL-Đ) Trong hệ truyền động chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều (CL-Đ), bộ biến đổi là các mạch chỉnh lưu điều khiển có suất điện động E đ phụ thuộc vào giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển). Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích động cơ. Sơ đồ nguyên lý như hình 12. Hình 12. Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động chỉnh lưu động cơ Với bộ biến đổi là chỉnh lưu hình tia 3 pha (hình 13 a,b,c): Trong mạch tải có điện cảm L nên i d thực tế là dòng điện liên tục i d =I d . Góc mở α được tính từ giao điểm 2 điện áp pha (phần giá trị dương). Hình 13 -a) Sơ đồ nối dây; b) Sơ đồ thay thế của chỉnh lưu tia ba pha c) Đồ thị thời gian Giá trị trung bình của điện áp tải: UUSind U Cos d == + + ∫ 3 2 2 36 2 6 5 6 2 2 π θθ π α π α π α (5) 24 8 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện 8 9 10 11 12 Hình 14 -a) Sơ đồ nối dây; b) Sơ đồ thay thế của chỉnh lưu cầu không đỗi xứng c) Đồ thị thời gian Với chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng (hình 14): UUSind U Cos d == ∫ 1 2 2 2 1 2 2 π θθ π α α π ( )+ 13 14 (6) của dòng tải I U R d d = ∑ (7) 15 16 17 Dòng điện chỉnh lưu I d chính là dòng điện phần ứng động cơ điện dựa vào sơ đồ thay thế có thể viết phương trình đặc tính: ω φφ =− U K RX K I d dm tk dm . . (8) 18 ω φφ =− U K RX K M d dm tk dm . () . 2 (9) 19 Đặc tính có độ cứng β= () . K RX dm tk φ 2 còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào góc điểu khiển α. 20 21 ω πφ α o dm U K Cos= 36 2 2 (đối với chỉnh lưu tia 3 pha) 22 ω πφ α o dm U K Cos=+ 2 2 1 2 ( ) 23 24 25 (đối với chỉnh cầu 1 pha) Thay đổi góc điều khiển α từ 0 đến π, suất điện động chỉnh lưu thay đổi từ +E dmax → -E dmax và ta được họ đặc tính song song (hình 15) nhau nằm ở nửa bên phải 8 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện của mặt phẳng toạ độ [ω,I] do van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều. Các đặc tính cơ của hệ CL-Đ mềm hơn các đặc tính của hệ F-Đ bởi thành phần sụt áp ΔU 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 k do hiện tượng chuyển mạch giữa cac van bán dẫn gây nên. Hình 15- Đặc tính cơ của hệ CL-Đ Nhận xét: Ưu điểm nổi bật của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuyêch đại công suất rất cao, điều đó rất thuận lợi cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng các các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống. Nhược điểm chủ yếu của hệ thống T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến mạnh, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện, và các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều. Hệ số công suất cosφ của hệ nói chung là thấp. Kết luận: Qua các nhận xét về hai hệ truyền động trên cùng với ưu nhược điểm của chúng em quyết định chọn hệ truyền động chỉnh lưu động cơ vì nó có nhiều ưu điểm hơn, và truyền động cho máy mài không cần công suất lớn nên tránh được nhược điểm của nó là xấu điện áp nguồn và lưới điện xoay chiều. IV. CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI 8 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Sau khi đã chọn được hệ truyền động CL-Đ ta tiếp tục đi chọn bộ biến đổi. Vì hệ có yêu cầu không cao về xung dòng điện ở mạch phần ứng và mạch kích từ. Nên em chỉ xét hai bộ biến đổi: Sơ đồ cầu 1 pha và sơ đồ tia 3 pha. 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 1. Chỉnh lưu cầu 1 pha không đối xứng Hoạt động của sơ đồ: Khi θ=θ 1 cho xung điều khiển mở T 1 trong khoảng thời gian θ 1 θ 2 tiristor T 1 và điôt D 2 cho dòng chảy qua. Khi U 2 bắt đầu đổi dấu D 1 mở ngay, T 1 tự nhiên khoá lại, dòng i d =I d chuyển từ T 1 sang D 1 (lúc này D 2 vẫn cho dòng chảy qua do sức điện động tự cảm trong L d tạo ra). Hình 16. Sơ đồ đấu dâu của chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển D 1 và D 2 cùng cho dòng chảy qua, U d =0 Khi θ=θ 3 =π+α cho xung mở T 3 . Dòng tải i d =I d chảy qua D 1 và T 2 . Điot D 2 bị khoá lại . . . Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng của Tiristor và của điôt không bằng nhau. Góc dẫn dòng của điốt là λ D =π+α, còn góc dẫn dòng của tiristor là λ T =π-α. Giá trị trung bình của điện áp tải: Ud U Sin d U == ∫ 1 2 2 1 2 2 π θθ π α α π .(c+os) 29 30 của dòng tải I U R d d = ∑ 31 32 của dòng trong tiristor IId I Td d == − ∫ 1 22π θ πα π α π . .( ) 33 34 của dòng trong điốt IId I Td d == − + ∫ 1 22π θ πα π α πα . .( ) 35 8 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Hình 17. Đồ thị điện áp và dòng điện của mạch chỉnh lưu cầu bán điều khiển Giá trị hiệu dụng của dòng chảy trong cuộn dây thứ cấp máy biến áp 8 IIdI dd2 2 1 1== ∫ π θ α π α π − 9 10 11 12 13 Nhận xét: Sơ đồ cầu cho phép sử dụng một nửa số van là tiristor, nửa còn lại là điốt. Do đó làm giảm được giá thành thiết bị biến đổi vì rẻ tiền hơn nhiều so với tiristor. Sơ đồ điều khiển cũng trở nên đơn giản hơn. 8 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện 2. Sơ đồ 3 pha hình tia 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 * Giới thiệu sơ đồ: BA: máy biến áp cung cấp. T 1 ,T 2 ,T 3 : các van chỉnh lưu có điều khiển * Nguyên lý làm việc: Giả thiết Ld=∞, cho sơ đồ làm việc với một góc điều khiển bằng α và cũng giả thiết là sơ đồ đã làm việc xác lập trước thời điểm bắt đầu xét (ωt=0) Ta tạm giả thiết rằng : trước thời điểm ωt=ν 1 =αthì trong sơ đồ vanT 3 đang dẫn dòng và các van khác còn ở trạng thái khoá, khi đó trên van T 1 sẽ có điện áp thuận (vì u T1 = u a - u c = u ac , và tại ωt =ν 1 =α thì u ac >0 nên u T1 >0 ). Tại ωt =ν 1 =α thì T 1 có tín hiệu điều khiển, T 1 có đủ hai điều kiện để mở nên T 1 mở và u T1 giảm về bằng không. Do u T1 =0 nên u d =u a , và từ sơ đồ ta xác định được điện áp trên T 3 là u T3 =u c - u a = u ac , tại ν 1 thì u ac <0, tức là T 3 bị đặt điện áp ngượng nên khoá lại, van T 2 thì vẫn khoá, do vậy trong khoảng tiếp sau ν 1 trong sơ đồ chỉ có van T 1 dẫn dòng, khi T 1 dẫn dòng : u d = u a ; i T1 = i a = I d ; i T2 =0 ; i T1 =0 ; u T2 = u ba ; u T2 =u ca . Đến ωt = 5π/6 thì u a =u b , đây là thời điểm mở tự nhiên đối với T 2 , nhưng T 2 chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển,do u a vẫn dương kết hợp với tác dụng cùng chiều của s.đ.đ tự cảm trong L d mà T 1 vẫn tiếp tục dẫn dòng. Đến ωt = π thì u a =0 và sau đó chuyển sang âm nhưng T 2 còn chưa mở nên T 1 vẫn tiếp tục làm việc nhờ s.đ.đ tự cảm của L d ( ở đây α>30 0 ). Tại ωt = ν 2 = 5π/6 + α thì T 2 có tín hiệu điều khiển và do đang có điện áp thuận nên T 2 mở, T 2 mở thì u T2 giảm về bằng không nên u d = u b và u T1 = u a - u b = u ab mà tại ν 2 thì u ab <0, tức là T 1 bị đặt điện áp ngược nên khoá lại. Do vậy từ ν 2 trong sơ đồ chỉ có van T 2 dẫn dòng, khi T 2 mở : u d = u b u T1 = 0 i T3 = 0 i T2 = i d = I d u T1 = u ba u T3 = u cb i T1 = 0 Suy luận tương tự như vậy ta có từ ωt=ν 2 đến ωt=ν 3 thì T 3 làm việc và: u d = u c u T1 = 0 i T2 = 0 i T3 = i d = I d u T1 = u ac u T2 = u bc i T3 =0 Tại u T1 =u 1 (chậm sau thời điểm mở tự nhiên đối với T 1 1 góc điều khiển α) thì T 1 có tín hiệu điều khiển lúc này u T1 thuận (u T1 = u ac tại u 1 >0) dẫn đến T 1 mở suy ra u T1 giảm về 0 và u T3 = u c - u a = u ca . Tại ν 1 : u T3 <0 tức là T 3 bị đặt điện áp ngược còn van T 3 vẫn chưa dẫn dòng. Như vậy trong gia đoạn này thì trong sơ đồ chỉ có van T 1 dẫn dòng ta có: u d =u a u T2 =u ba i T1 = i d = Id 8 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện u T1 =0 u T3 =u ca i T2 =0; i T3 = 0 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 -Đến ωt=π thì ua=0 và bắt đầu chuyển sang âm, ở trường hợp này ta phải giả sử góc α> 30 0 thì tại thời điểm này van T2 vẫn chưa có tín hiệu điều khiển u ng , u a có xu hướng chống lại dòng qua T 1 , nhưng do suất điện động tự cảm trong Ld do đó van T 1 vẫn tiếp tục dẫn dòng. Tại ν 2 : u T1 <0 tức là T 1 bị đặt điện áp ngược còn van T 1 khoá lại và ta có: u d =u b u T2 =0 i T3 =0 i T2 =i d =I d u T1 =u ba u T3 =u cb i T1 =0 -Tại ωt=u B , T B 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 3 có tín hiệu điều khiển U T3 thuận dẫn đến T 3 mở và u T3 giảm về 0, u T2 =u b -u c . Tại ν 3 : u T2 <0 tức là T 2 bị đặt điện áp ngược còn van T 2 khoá lại và ta có: u d =u c u T2 =u bc i T1 =0 i T3 =i d =I d u T1 =u ac u T3 =0 i T2 =0 Tại ν 4 : u T2 <0 tức là T 2 lại có tín hiệu điều khiển T 1 mở, T 3 bị đặt điện áp ngược khoá lại. Sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc ban đầu. Nhận xét : Qua phân tích 2 bộ biến đổi trên ta thấy sơ đồ 3 pha hình tia rất phức tạp và tốn nhiều linh kiện bán dẫn. Còn sơ đồ cầu 1 pha không đối xứng dùng ít linh kiện hơn, mật độ phức tạp ít hơn , nên đối với yêu cầu công nghệ của máy mài ta chỉ cần dùng sơ đồ cầu 1 pha không đối xứng. V. MẠCH BẢO VỆ 1. Bảo vệ cắt khẩn cấp a. Bảo vệ ngắn mạch và qúa tải bằng dây chảy Để bảo vệ Tiristor và điôt tránh dòng điện phá hoại chúng em dùng dây chẩy 8 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện tác động nhanh. Loại dây chảy này làm bằng lá bạc đặt trong vỏ sứ có chứa cát thạch anh. 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Hình 15. Biều đồ hoạt động của dây chảy Hình 16. Cách mắc dây chảy để bảo vệ mạch Hoạt động của dây chẩy chia thành hai giai đoạn (hình 15). -Giai đoạn chảy từ t=0 đến khi bắt đầu xuất hiện hồ quang t hq . -Giai đoạn hồ quang từ t hq đến t c . Cách đặt dây chảy bảo vệ thiết bị bán dẫn mà em dùng trong sơ đồ (hình 16): -Đặt nối tiếp từng Tiristor. -Đặt từng pha của cuộn dây thứ cấp máy biến ấp. b. Bảo vệ quá điện áp Tiristor cũng rất nhậy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức, ta gọi là quá điện áp. Mà thường do hai loại nguyên nhân sảy gây nên qúa điện áp. -Nguyên nhân nội tại: đây là sự tích tụ điện trong các lớp bán dẫn. Khi khoá tiristor bằng điện áp ngược các điện tích nói trên đổi ngược hành trình, tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian rất ngắt . Hình 18 Sơ đồ mắc RC để bảo vệ mạch điện. Hình 17 8 [...]... với ωođ>ωo Phương trình đặc tính cơ ở đoạn hãm tái sinh là (hình 19): ω= Uu Ru − M Kφ ( Kφ) 2 Đường đặc tính cơ ở trạng thái hãm tái sinh nằm trong góc phần tư thứ 2 và thứ 4 của mặt phẳng toạ độ 8 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Hình 20 Đặc tính hãm ngược khi đưa Rf Hình 19 Đặc tính hãm tái sinh của độngvào mạch phần ứng động cơ kích từ độc lập cơ kích từ độc lập 8 9 10 11 12 13.. .Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện 8 9 10 11 Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, luôn luôn có, của đường dây nguồn dẫn đến các tiristor Vì vậy giữa Anot và Catot của tiristor xuất hiện quá điện áp (xem hình 17) -Nguyên nhân bên ngoài 12 13 Những nguyên... khi phần ứng dưới tác dụng của động năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển động hoặc do momen thế năng quay ngược chiều với momen điện từ của động cơ Mômen sinh ra bởi động cơ khi đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất Có 2 trường hợp hãm ngược: 20 a.Thêm điện trở phụ mạch phần ứng 21 22 23 24 25 26 Đưa thêm điện trở phụ có trị số đủ lớn vào mạch phần ứng của động cơ sao cho momen ngắn mạch của... dòng điện hãm đổi chiều và công suất được đưa trả về lưới có giá trị P=(E-U)I Đây là phương pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ sinh ra điện năng hữu ích Do bộ biến đổi đơn khôngcho phép dẫn dòng ngược (mà ở chế độ hãm ngược thỉ dòng điện đưa lên lưới bị đảo chiều (xem hình 19)) nên hệ truyền động của ta không thực hiện được hãm tái sinh 14 2 Hãm ngược 15 16 17 18 19 Trạng thái hãm ngược của động cơ xảy... sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải Khi hãm tái sinh Eư>Uư động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới So với chế độ động cơ, dòng và momen hãm đã đổi chiều và được xác định theo biểu thức: U u − E u Kφω o − Kφω o = . Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Tính chất của máy phát điện được xác định bởi hai đặc tính: đặc tính từ hoá là sự phụ thuộc của điện. công suất lắp đặt máy ít nhất gấp 3 lần 8 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện công suất động cơ chấp hành. Ngoài ra các máy phát một chiều