Thiết kế hệ thống truyền động điện cho động cơ điện một chiều không đảo chiều quay, sử dụng bộ biến đổi cầu ba pha

Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TĐ CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU SỬ DỤNG CHỈNH LƯU CẦU BA PHA Giáo viên hướng dẫn : PHẠM THỊ HỒNG ANH THÁI NGUYÊN 2021 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC HÌNH ẢNH 4 LỜI MỞ ĐẦU 6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 8 1.1 Tổng quan về động cơ điện một chiều. 8 1.1.1 Cấu tạo. 8 1.1.2. Các thông số định mức. 10 1.1.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều. 10 1.2. Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều. 11 1.3. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều kích từ độc lập. 15 1.3.1. Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ. 15 1.3.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động cơ. 17 1.3.3. Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của động cơ. 18 1.3.4. Nhận xét về ưu nhược điểm từng phương pháp. 19 1.4. Các đặc tính cơ khi hãm động cơ một chiều kích từ độc lập. 20 1.4.1. Hãm tái sinh. 20 1.4.2. Hãm ngược. 22 1.4.3. Hãm động năng. 24 CHƯƠNG 2: CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU 25 2.1 Tổng quan về các hệ truyền động 25 2.1.1 Hệ truyền động FĐ 25 2.1.2 Hệ truyền động TĐ 27 2.1.3 Hệ truyền động xung động cơ 29 2.1.4 Phân tích và lựa chọn phương án truyền động 30 2.2 Các hệ chỉnh lưu Thyritor thường dc sử dụng để thay đổi tốc độ động cơ điện 30 2.2.1 Chỉnh lưu cầu 1 pha 30 2.2.2 Chỉnh lưu tia 3 pha 33 2.2.3 Chỉnh lưu hình cầu 3 pha 37 2.2.4. Hiện tượng trùng dẫn. 39 2.2.5. Nghịch lưu phụ thuộc. 41 2.2.6 Phân tích và lựa chọn phương án điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều 42 CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC 44 3.1. Phân tích, lựa chọn mạch động lực. 44 3.1.1. Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha không có điôt không. 44 3.1.2. Sơ đồ mạch động lực. 44 3.1.3. Các thông số cơ bản động cơ truyền động hệ thống được chọn với các thông số sau: 45 3.1.4. Máy biến áp động lực. 45 3.1.5.Tính chọn thyristor : 47 3.2. Tính chọn các thiết bị mạch bảo vệ mạch động lực. 48 3.2.1. Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn. 48 3.2.2. Bảo vệ quá dòng cho van. 49 CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 51 4.1.Giới thiệu mạch điều khiển. 51 4.1.1Sơ đồ nguyên lý : 51 4.1.2.Nguyên tắc điều khiển: 51 4.1.3.Các khâu cơ bản của mạch điều khiển: 53 4.2. Sơ đồ mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động. 59 4.3. Tính toán các thông số mạch điều khiển. 60 4.3.1. Tính biến áp xung. 61 4.3.2. Tính chọn khâu đồng pha. 61 4.3.3. Tính chọn khâu so sánh. 62 4.3.4. Khâu phản hồi 62 4.3.5. Tính chọn bộ tạo xung chùm. 63 4.3.6. Tính tầng khếch đại cuối cùng. 64 4.3.7. Tính nguồn nuôi. 65 4.3.8. Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha. 65 4.3.9. Tính chọn điôt cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi. 66 4.4. Thiết kế cuộn kháng lọc. 67 4.4.1. Xác định góc mở cực tiểu và cực đại. 67 4.4.2. Xác định các thành phần sóng hài. 68 4.4.3. Xác định điện cảm cuộn kháng lọc. 69 4.4.4. Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc. 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73   DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mặt cắt dọc động cơ điện. 8 Hình 1.2 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song. 11 Hình 1.3 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập. 12 Hình 1.4 Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập. 14 Hình 1.5 Sơ đồ điều chỉnh tốc ĐCĐMCKTĐL bằng cách thay đổi điện phụ của mạch phần ứng. 16 Hình 1.6 Đặc tình điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện trở phụ phần ứng. 17 Hình 1.7 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cánh thay đổi từ thông Φ. 18 Hình 1.8 Đăc tính điều chỉnh tốc độ ĐMdl bằng cách thay đổi từ thông Φ. 18 Hình 1.9 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Uư 19 Hình 1.10 Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ. 21 Hình 1.11 Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp phần ứng. 22 Hình 1.12 a) Sơ đồ hãm ngược bằng cách thêm Rưf. b) Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách thêm Rưf. 23 Hình 1.13 a, Sơ đồ hãm ngược bằng cách đảo chiều Uư. b, Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách đảo chiều Uư . 23 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Máy phát Động cơ 25 Hình 2.2 Họ đường đặc tính cơ khi khi thay đổi UKF 26 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ TĐ 27 Hình 2.4. Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển 31 Hình 2.5.dạng sóng chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển 31 Hình 2.6 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha có điều khiển 33 Hình 2.7 Dạng sóng chỉnh lưu hình tia 3 pha có điều khiển 34 Hình 2.8 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha có đảo chiều 37 Hình 2.9 Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu cầu ba pha . 37 Hình 2.10 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có hiện tượng trùng dẫn 40 Hình 2.11 Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu cầu ba pha có trùng dẫn 40 Hình 2.12 a) Chế độ chỉnh lưu ; b) Chế độ nghịch lưu. 42 Hình 3.1 Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha 44 Hình 3.2 Giản đồ điện áp 45 Hình 4.1 Sơ đồ khối điều khiển thyristor. 51 Hình 4.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 51 Hình 4.3 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss 52 Hình 4.4 Các khâu đồng pha 53 Hình 4.5 Các khâu so sánh thường gặp. 55 Hình 4.6 Sơ đồ so sánh hai tín hiệu khác dấu. 56 Hình 4.7 Sơ đồ các khâu khếch đại và phân phối xung : 57 Hình 4.8 Sơ đồ tạo xung chùm dùng khuếch đại thuật toán 57 Hình 4.9 Đồ thị dạng sóng của khâu tạo xung chùm. 58 Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý 2 kênh mạch điều khiển 59 Hình 4.11 Giản đồ các đường cong mạch điều khiển 60 Hình 4.13 Sơ đồ chân IC TL084. 64 Hình 4.14 Sơ đồ nguồn nuôi 65 Hình 4.15 Sơ đồ hệ thống truyền động điện cho động cơ điện một chiều có đảo chiều quay, sử dụng bộ biến đổi cầu ba pha. 72   LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các ngành công nghiệp cả về chiều rộng lẫn chiều sâu, điện và các máy điện đóng một vai trò rất quan trọng, không thể thiếu được trong phần lớn các ngành công nghiệp và đời sống sinh hoạt của con người. Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: dễ sản xuất, dễ truyền tải..., cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành...Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định như trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (Như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện...). Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn ... Sau gần 4 năm học tập và nghiên cứu ở trường, em đã được làm quen với các môn học thuộc ngành . Để áp dụng lý thuyết với thực tế trong học kỳ này chúng em được giao đồ án môn học truyền động điện với yêu cầu “ Thiết kế hệ thống truyền động điện cho động cơ điện một chiều không đảo chiều quay, sử dụng bộ biến đổi cầu ba pha với thông số : Công suất định mức của động cơ: Pđm=2,2 (KW). Điện áp địmh mức mạch phần ứng: Uđm= 220 (V). Dòng điện định mức mạch phần ứng: Iđm=10 (A). Tốc độ định mức của động cơ: nđm=2000 (vp). Điện trở cuộn dây phần ứng: Rư = 2.775 (). Điện cảm cuộn dây phần ứng : Lư = 0.0961 (H).” Bản đồ án của em gồm 4 phần chính : Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Chương 2: CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU Chương 3: XÁC ĐỊNH VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC Chương 4: XÂY DỰNG VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp, em luôn nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp những tài liệu cần thiết của cô giáo Phạm Thị Hồng Anh .Em xin gửi tới cô lời cảm ơn chân thành. Tuy nhiên, do thời gian và giới hạn của đồ án cùng với phạm vi nghiên cứu tài liệu với kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG BÁO CÁO MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU SỬ DỤNG CHỈNH LƯU CẦU BA PHA Giáo viên hướng dẫn : PHẠM THỊ HỒNG ANH THÁI NGUYÊN - 2021 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU .6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Tổng quan động điện chiều 1.1.1 Cấu tạo 1.1.2 Các thông số định mức 10 1.1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều .10 1.2 Phương trình đặc tính đặc tính điện động điện chiều 11 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập 15 1.3.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ 15 1.3.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng kích từ động 17 1.3.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng động 18 1.3.4 Nhận xét ưu nhược điểm phương pháp 19 1.4 Các đặc tính hãm động chiều kích từ độc lập 20 1.4.1 Hãm tái sinh 20 1.4.2 Hãm ngược 22 1.4.3 Hãm động 24 CHƯƠNG 2: CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU 25 2.1 Tổng quan hệ truyền động .25 2.1.1 Hệ truyền động F-Đ 25 2.1.2 Hệ truyền động T-Đ 27 2.1.3 Hệ truyền động xung động 29 2.1.4 Phân tích lựa chọn phương án truyền động 30 2.2 Các hệ chỉnh lưu Thyritor thường dc sử dụng để thay đổi tốc độ động điện 30 2.2.1 Chỉnh lưu cầu pha 30 2.2.2 Chỉnh lưu tia pha .33 2.2.3 Chỉnh lưu hình cầu pha 37 2.2.4 Hiện tượng trùng dẫn 39 2.2.5 Nghịch lưu phụ thuộc 41 2.2.6 Phân tích lựa chọn phương án điều khiển tốc độ động điện chiều 42 CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC 44 3.1 Phân tích, lựa chọn mạch động lực 44 3.1.1 Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu pha khơng có điơt khơng 44 3.1.2 Sơ đồ mạch động lực 44 3.1.3 Các thông số động truyền động hệ thống chọn với thông số sau: 45 3.1.4 Máy biến áp động lực 45 3.1.5.Tính chọn thyristor : 47 3.2 Tính chọn thiết bị mạch bảo vệ mạch động lực 48 3.2.1 Bảo vệ nhiệt cho van bán dẫn .48 3.2.2 Bảo vệ dòng cho van 49 CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 51 4.1.Giới thiệu mạch điều khiển .51 4.1.1Sơ đồ nguyên lý : 51 4.1.2.Nguyên tắc điều khiển: .51 4.1.3.Các khâu mạch điều khiển: .53 4.2 Sơ đồ mạch điều khiển nguyên lý hoạt động 59 4.3 Tính tốn thơng số mạch điều khiển 60 4.3.1 Tính biến áp xung 61 4.3.2 Tính chọn khâu đồng pha 61 4.3.3 Tính chọn khâu so sánh .62 4.3.4 Khâu phản hồi 62 4.3.5 Tính chọn tạo xung chùm .63 4.3.6 Tính tầng khếch đại cuối 64 4.3.7 Tính nguồn ni 65 4.3.8 Tính tốn máy biến áp nguồn ni đồng pha 65 4.3.9 Tính chọn điơt cho chỉnh lưu nguồn nuôi .66 4.4 Thiết kế cuộn kháng lọc 67 4.4.1 Xác định góc mở cực tiểu cực đại 67 4.4.2 Xác định thành phần sóng hài .68 4.4.3 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc 69 4.4.4 Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mặt cắt dọc động điện Hình 1.2 Sơ đồ nối dây động kích từ song song .11 Hình 1.3 Sơ đồ nối dây động kích từ độc lập 12 Hình 1.4 Đặc tính điện động chiều kích từ độc lập .14 Hình 1.5 Sơ đồ điều chỉnh tốc ĐCĐMCKTĐL cách thay đổi điện phụ mạch phần ứng 16 Hình 1.6 Đặc tình điều chỉnh tốc độ động điện chiều cách thay đổi điện trở phụ phần ứng 17 Hình 1.7 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl cánh thay đổi từ thông Φ .18 Hình 1.8 Đăc tính điều chỉnh tốc độ ĐMdl cách thay đổi từ thông Φ 18 Hình 1.9 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ cách thay đổi Uư 19 Hình 1.10 Hãm tái sinh có động lực quay động 21 Hình 1.11 Hãm tái sinh giảm tốc độ cách giảm điện áp phần ứng .22 Hình 1.12 a) Sơ đồ hãm ngược cách thêm R ưf b) Đặc tính hãm ngược cách thêm Rưf .23 Hình 1.13 a, Sơ đồ hãm ngược cách đảo chiều U b, Đặc tính hãm ngược cách đảo chiều Uư .23 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Máy phát - Động 25 Hình 2.2 Họ đường đặc tính khi thay đổi UKF 26 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ T-Đ 27 Hình 2.4 Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu pha có điều khiển 31 Hình 2.5.dạng sóng chỉnh lưu hình cầu pha có điều khiển 31 Hình 2.6 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha có điều khiển 33 Hình 2.7 Dạng sóng chỉnh lưu hình tia pha có điều khiển 34 Hình 2.8 Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha có đảo chiều 37 Hình 2.9 Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu cầu ba pha 37 Hình 2.10 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có tượng trùng dẫn 40 Hình 2.11 Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu cầu ba pha có trùng dẫn 40 Hình 2.12 a) Chế độ chỉnh lưu ; b) Chế độ nghịch lưu 42 Hình 3.1 Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu pha 44 Hình 3.2 Giản đồ điện áp 45 Hình 4.1 Sơ đồ khối điều khiển thyristor 51 Hình 4.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính .51 Hình 4.3 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss 52 Hình 4.4 Các khâu đồng pha 53 Hình 4.5 Các khâu so sánh thường gặp 55 Hình 4.6 Sơ đồ so sánh hai tín hiệu khác dấu 56 Hình 4.7 Sơ đồ khâu khếch đại phân phối xung : 57 Hình 4.8 Sơ đồ tạo xung chùm dùng khuếch đại thuật tốn .57 Hình 4.9 Đồ thị dạng sóng khâu tạo xung chùm 58 Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý kênh mạch điều khiển 59 Hình 4.11 Giản đồ đường cong mạch điều khiển 60 Hình 4.13 Sơ đồ chân IC TL084 64 Hình 4.14 Sơ đồ nguồn nuôi 65 Hình 4.15 Sơ đồ hệ thống truyền động điện cho động điện chiều có đảo chiều quay, sử dụng biến đổi cầu ba pha 72 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển ngày mạnh mẽ ngành công nghiệp chiều rộng lẫn chiều sâu, điện máy điện đóng vai trị quan trọng, thiếu phần lớn ngành công nghiệp đời sống sinh hoạt người Do tính ưu việt hệ thống điện xoay chiều: dễ sản xuất, dễ truyền tải , máy phát động điện xoay chiều có cấu tạo đơn giản công suất lớn, dễ vận hành Tuy nhiên động điện chiều giữ vị trí định công nghiệp giao thông vận tải, nói chung thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục phạm vi rộng (Như máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Mặc dù so với động không đồng để chế tạo động điện chiều cỡ giá thành đắt sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp Sau gần năm học tập nghiên cứu trường, em làm quen với môn học thuộc ngành Để áp dụng lý thuyết với thực tế học kỳ chúng em giao đồ án môn học truyền động điện với yêu cầu “ Thiết kế hệ thống truyền động điện cho động điện chiều không đảo chiều quay, sử dụng biến đổi cầu ba pha với thông số : - Công suất định mức động cơ: Pđm=2,2 (KW) - Điện áp địmh mức mạch phần ứng: Uđm= 220 (V) - Dòng điện định mức mạch phần ứng: Iđm=10 (A) - Tốc độ định mức động cơ: nđm=2000 (v/p) - Điện trở cuộn dây phần ứng: Rư = 2.775 () - Điện cảm cuộn dây phần ứng : Lư = 0.0961 (H).” Bản đồ án em gồm phần : Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Chương 2: CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU Chương 3: XÁC ĐỊNH VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC Chương 4: XÂY DỰNG VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Trong trình làm đề tài tốt nghiệp, em nhận hướng dẫn, bảo tận tình cung cấp tài liệu cần thiết cô giáo Phạm Thị Hồng Anh Em xin gửi tới cô lời cảm ơn chân thành Tuy nhiên, thời gian giới hạn đồ án với phạm vi nghiên cứu tài liệu với kinh nghiệm kiến thức hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót mong đóng góp ý kiến thầy để đồ án em hoàn thiện Sinh viên thực CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Tổng quan động điện chiều Trong thời đại ngày nay, hầu hết dây chuyền sản xuất công nghiệp tự động hoá cách áp dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến giới Tuy động điện chiều coi loại máy quan trọng nghành công nghiệp, giao thơng vận tải nói chung thiết bị cần điều chỉnh tốc quay liên tục phạm vi rộng cán thép, hầm mỏ … Vì động điện chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt 1.1.1 Cấu tạo Động điện chiều gồm có hai phần 10 Hình 1.1 Mặt cắt dọc động điện Cấu tạo: 1- Vỏ máy (Gông từ) 7- lõi sắt phần ứng 2- Cực từ 8- rãnh phần ứng 3- Dây quấn cực từ 9- phần ứng 4- Cực từ phụ 10- má cực từ 5- Dây quấn cực từ phụ 6- Dây quấn phần ứng *Phần tĩnh (Stator): Đây phần đứng yên máy, bao gồm phận sau: - Cực từ chính: Là phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cự từ dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0.5mm đến 1mm ép lại tán chặt - Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt tự từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống dây quấn cực từ - Gơng từ: Gơng từ dùng để làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong máy điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc - Các phận khác: + Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điện nhỏ vừa, nắp máy cịn có tác dụng làm giá đở ổ bi + Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ngồi Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lị xo tì chặt kên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chổ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định chặt lại *Phần quay (Roto): Đây phần quay (Động) động gồm có phận sau - Lõi sắt phần ứng: Là lõi sắt dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỹ thuật điện (Thép hợp kim silic) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng hai lớp mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xốy gây nên + Trong máy cỡ trung bình trở lên, người ta cịn dập lỗ thơng gió để ép lại thành lõi sắt có thẻ tạo lỗ thơng gió dọc trục + Trong máy lớn lõi sắt thường chia thành đoạn nhỏ Giũa đoạn có đẻ khe hở gọi khe thơng gió ngang trục + Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng ép trực tiếp vào trục - Dây quấn phần ứng: Là phần sinh suất điện động có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có thiết diện trịn - Cổ góp: Cổ góp cịn gọi vành góp hay vành đổi chiều, dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều Hình 4.7 Sơ đồ khâu khếch đại phân phối xung : a) Bằng tranzitor công suất, b) Bằng sơ đồ Darlington, c) Sơ đồ có tụ nối tầng ; *Khâu tạo xung chùm: Hình 4.8 Sơ đồ tạo xung chùm dùng khuếch đại thuật toán 55 Hình 4.9 Đồ thị dạng sóng khâu tạo xung chùm Trong thiết kế mạch điều khiển, thường hay sử dụng khếch đại thuật tốn Do để đồng dạng linh kiện, khâu tạo xung chùm sử dụng khếch đại thuật toán sơ đồ hình 4.7 Tuy nhiên sơ đồ dao động đa hài (hình 311b) có ưu điểm mức độ đơn giản sử dụng rộng rãi mạch tạo xung chữ nhật, ta chọn hình 4.7 *Khâu phản hồi: - Khâu phản hồi âm dịng điện: Khi dịng điện mơmen vượt q phạm vi yêu cầu cần phải hạn chế dòng điện mômen tránh cho động bị tải lớn, gây cố hư hỏng động Để giảm dịng điện, mơmen ngắn mạch phải giảm độ cứng đặc tính Đảm bảo yêu cầu ổn định tốc độ phạm vi biến thiên cho phép tải, ta giảm độ cứng dịng điện mơmen vượt ngưỡng Ngưỡng gọi “điểm ngắt ” Tương ứng: “dòng ngắt ” Ing, “mômen ngắt” Mng “tốc độ ngắt ” ω ng Thơng thường: I*ng ≈ 1,5 ÷ * Hệ số phản hồi âm dịng điện: β= Trong đó: U*i max điện áp bảo hòa khuếch đại thuật toán điều chỉnh tốc độ Id max giá trọng dòng điện lớn biến đổi - Khâu phản hồi âm tốc độ: 56 Để nâng độ cứng lên βm ta điều chỉnh Eb cách dùng mạch phản hồi âm tốc độ động Hệ số phản hồi âm tốc độ: γ= Trong đó: Ucđ max giá trị cực đại điện áp cho trước nmax số vòng quay cực đại động 4.2 Sơ đồ mạch điều khiển nguyên lý hoạt động Từ khâu giớ thiệu ta chọn sơ đồ nguyên lý kênh điều khiển hình 4.10 Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý kênh mạch điều khiển Hiện có nhiều hãng chế tạo vi xử lý chuyên dụng để điều khiển thyristor tiện lợi Tuy nhiên linh kiện loại chưa phổ biến thị trường 57 Hình 4.11 Giản đồ đường cong mạch điều khiển 4.3 Tính tốn thơng số mạch điều khiển Sơ đồ kênh điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha thiết kế theo sơ đồ hình *Tính tốn mạch điều khiển thường tiến hành từ tầng khếch đại ngược trở lên Mạch điều khiển tính xuất phát từ yêu cầu xung mở thyristor Các thơng số để tính mạch điều khiển: Điện áp điều khiển thyristor: Udk =3,0V; Dòng điện điều khiển thyristor: Idk= 200 mA: Thời gian mở thyristor: tm =50 µs; Độ rộng xung điều khiển: tx= 167 µs; (tương đương với 30 điện); Tần số xung điều khiển: fx =3 kHz; Độ đối xứng cho phép: ∆α = 40; 58 Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: U = ± 15 V; Mức sụt biên độ xung: Sx =0,15 4.3.1 Tính biến áp xung Yêu cầu BAX phải tạo xung theo yêu cầu, cách ly mạch điều khiển mạch động lực, dễ dàng phân bố xung tới cực điều khiển Tiristor - Chọn tỷ số biến áp BAX: Thơng thường BAX thiết kế có tỷ số biến áp n = 2 chọn n = - Tính tốn với BAX có n = Các xung cần tạo có thơng số (A), (V), độ rộng xung điều khiển: Mạch từ BAX chọn vật liệu 330, loại chữ E, có trụ làm việc phần đặc tính từ hóa B = 0,7(T) 4.3.2 Tính chọn khâu đồng pha Điện áp tựa hình thành nạp tụ C Mặt khác để bảo đảm điện áp tựa có chu kỳ điện áp lưới tuyến tính số thời gian tụ nạp Tr = R3 C1 =0,005 s Chọn tụ C1 = 0,1 µF, điện trở R3 = = 50 103 Ω ; Vậy R3 = 50 kΩ ; Để thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp ráp mạch, R thường chọn biến trở lớn 50 kΩ Chọn tranzitor Tr1 loại A564 có thơng số sau: - Tranzitor loại P-N-P, làm silic - Điện áp colectơ bazơ hở mạch emitơ là: UCBO = 25 V ; - Điện áp emitơ bazơ hở mạch colectơ là: UEBO = V; - Dịng điện lớn colectơ chịu đựng: ICmax = 100 mA ; - Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: Tcp = 1500C ; - Hệ số khếch đại: β = 250 ; - Dòng điện làm việc cực đại bazơ: IB3 = = 0,4 mA ; - Điện trở R2 để hạn chế dòng điện vào bazơ tranzitor Tr chọn sau: Chọn R2 cho R2 ≥ = 30 kΩ ; Chọn R2 = 30 kΩ ; Chọn điện áp xoay chiều đồng pha: UA = V ; 59 Điện trở R1 để hạn chế dịng điện vào khếch đại thuật tốn A 1, thường chọn R1 cho dòng vào khếch đại thuật tốn IV < mA Do đó: R1 ≥ = kΩ ; Chọn R1 = 10 kΩ ; 4.3.3 Tính chọn khâu so sánh Khếch đại thuật tốn chọn loại TL 084 Chọn R4 = R5 > = kΩ ; Trong nguồn ni Vcc = ± 12 V điện áp vào A3 UV ≈ 12 V Dòng điện vào hạn chế để Ilv < mA Do ta chọn R4 = R5 = 15 kΩ, dịng điện vào A3 là: Ivmax = = 0,8 mA ; 4.3.4 Khâu phản hồi * Phản hồi âm dịng điện Ta có hệ số phản hồi âm dòng điện: (4.1) β= Với U*imax = 40(V), Id max = IT = 3,3 = 4,7A Thay vào cơng thức 4.1 ta tính β = = 8,5 * Chọn máy phát tốc: Máy phát tốc máy điện nhỏ, làm việc chế độ máy phát thực chức biến đổi chuyển động trục thành tín hiệu điện áp Phương trình đặc tính máy phát tốc: UF=K.n= K1 Trong đó: UF: Là điện áp máy phát tốc K, K1: Là hệ số khuếch đại n: Là vận tốc quay roto (vịng/phút) α: Là góc quay Chọn máy phát tốc ZYS-1A có số thời gian: Tω = 0,01 (s), I=0,8(A), P=4,4W Chọn Ucđ = (V) điện áp máy phát tốc đưa vào khâu khuếch đại trung gian 60 * Phản hồi âm tốc độ: Ta có hệ số phản hồi âm tốc độ: γ= (4.2) Với Ucđ max = 5V, nmax = 2000v/p Thay vào công thức 4.2 ta tính γ = = 0,0025 4.3.5 Tính chọn tạo xung chùm Mỗi kênh điều khiển phải dùng bốn khếch đại thuật tốn, ta chọn IC loại TL 084 hãng Texas Intruments chế tạo IC có khếch đại tốn Các thơng số TL 084: - Điện áp nguồn nuôi: Vcc = ± 15 V ; - Hiệu điện hai đầu vào: U = ± 30 V ; - Nhiệt độ làm việc: t = - 25 ÷ 850C ; - Cơng suất tiêu thụ: P = 680 mW = 0,68 W ; - Tổng trở đầu vào: Rin = 106 MΩ ; - Dòng điện đầu ra: Ira = 30 pA ; - Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: = 13 V/µs ; Hình 4.13 Sơ đồ chân IC TL084 Mạch tạo xung chùm có tần số f = = kHz, hay chu kỳ xung chùm: T = = 334 µs ; Ta có: T = 2R8 C2 Ln(1 + ) ; 61 Chọn R6 = R7 = 33 kΩ, T = R8 C2 = 334 µs ; Vậy ta có: R8 C2 = 151,8 µs ; Chọn tụ C2 = 0,1 µF, có điện áp U = 16 V suy R8 = 1,518 Ω ; Để thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp mạch, ta chọn R8 biến trở 2Ω 4.3.6 Tính tầng khếch đại cuối Tầng khuếch đại xung sử dụng Tranzito ngược mắc theo cầu Dalingtor chọn dựa theo thông số biến áp xung: u 1=20 (v), I1=I2=0,21 (A).Tranxito Tr1 làm việc chế độ xung, chọn loại 605 có thơng số kỹ thuật sau: VCE = 40 (v), ICmax = 1,5(A),  =20 40, Pm = 3(w), tmax = 850c Ta chọn  =20  IB1=IC/ =0,21/20 =0,01(A) =10 (mA) Nên cho dòng nhỏ xung đối xứng chọn thêm tầng khuếch đại trung gian Tr2 làm việc chế độ khuếch đạị, loại M25 có thơng số kỹ thuật sau: VCE = 40 (v), ICmax= 300(mA),  =13 25, chọn Tr2 có hệ số  =15 4.3.7 Tính nguồn ni Ta cần tạo nguồn điện áp U ± 15 V để cấp cho máy biến áp xung ni IC, điều chỉnh dịng điện, tốc độ điện áp đặt tốc độ Ta chọn mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển dùng điôt để tạo điện áp – 15 V, + 15 V Điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi là: U2 = = 6,4 V, ta chọn U2 = V ; Việc xây dựng nguồn ổn áp chiều thyristor có nhược điểm chọn tính tốn phức tạp địi hỏi phải có kỹ thuật chuyên môn cao Sự đời vi mạch ổn áp họ 7812 7912 cho phép đơn giản hố q trình này, sử dụng rộng rãi thực tế Vi mạch IC 7812 thường có ba chân, chân đầu vào, chân đầu chân nối đất Do có nhiều hãng sản xuất loại IC hình dáng bên ngồi thứ tự chân có khác *Sử dụng ốt mắc ngược để tạo nguồn chiều +15V -15V 62 +15v 7815 * * c c c c 7915 -15v Hình 4.14 Sơ đồ nguồn ni 4.3.8 Tính tốn máy biến áp nguồn nuôi đồng pha Ta thiết kế máy biến áp dùng cho việc tạo điện áp đồng pha tạo nguồn nuôi Chọn kiểu máy biến áp ba pha ba trụ, mổi trụ có ba cuộn dây, cuộn sơ cấp hai cuộn thứ cấp - Điện áp lấy thứ cấp máy biến áp làm điện áp đồng pha, làm điện áp nguồn nuôi U2 = U2đph = UN = V; - Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha I2đph = mA; - Công suất nguồn nuôi cấp cho máy biến áp xung Pđph = U2đph I2đph = 10-3 = 0,054 W ; - Công suất tiêu thụ IC TL 084 sử dụng làm khếch đại thuật toán, ta chọn hai IC TL 084 để tạo cổng AND P8IC =8 PIC = 0,65 = 5,12 W ; - Công suất máy biến áp xung cấp cho cực điều khiển thyristor Px = Udk Idk = 0,2=3, W; - Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi PN = Pđph + P8IC + Px PN = 0,054 + 5,12 + 3,6 = 8,774 W ; - Cơng suất máy biến áp có kể đến 5% tổn thất máy S = 1,05(Pđph + PN) = 1,05(0,054 + 8,774) = 9,269 VA ; - Dòng điện thứ cấp máy biến áp I2 = = 0,172 A; 63 - Dòng điện sơ cấp máy biến áp I1 = = 0,014 A; 4.3.9 Tính chọn điơt cho chỉnh lưu nguồn ni Dịng điện hiệu dụng qua điôt IDhd = = 0,122 A; - Điện áp ngược lớn mà điốt phải chịu UNmax = =22 V; - Chọn điơt có dịng định mức Idm ≥ KI IDdm = 6,8 0,1 = 0,68 A ; - Chọn điơt có điện áp ngược lớn Un = Ku UNmax = 22 = 44 V ; Vậy chọn điơt loại KIT 208A có thơng số sau: + Dòng điện định mức: Idm = 1,5 A ; + Điện áp ngược cực đại điôt: UN = 100 V ; 4.4 Thiết kế cuộn kháng lọc 4.4.1 Xác định góc mở cực tiểu cực đại Chọn góc mở cực tiểu αmin = 00 Khi góc mở nhỏ α = αmin điện áp tải lớn nhất: Ud max = Ud0 Cosαmin = Ud dm lúc tương ứng với tốc độ động lớn nmax = ndm Khi góc mở lớn α = αmax, điện áp tải nhỏ nhất: Ud = Ud0 Cosαmax lúc tương ứng với tốc độ động nhỏ n = nnin Ta có: αmax = arcos() = arcos() = arcos() Trong Ud xác định sau: D = = Ud = Ud = Ud = 64 (3-3) Thay số vào ta có: Ud = Vậy: Ud = 41,65 V Thay Ud vào cơng thức (3-3) ta có: αmax = arcos() = arcos() = 80,570 Vậy: αmax= 80,570 αmim= 00 4.4.2 Xác định thành phần sóng hài Để thuận tiện cho việc khai triển chuổi Fourier, ta chuyển gốc toạ độ sang θ 1, điện áp tức thời tải thyristor T1 T4 dẫn: Ud = Uab = U2 cos(θ - + α) ; Với θ = Ω t ; Điện áp tức thời tải Ud khơng sin tuần hồn với chu kỳ: τ= ; Trong p = số xung đập mạch chu kỳ điện áp lưới Khi khai triển chuổi Fourier điện áp Ud: Ud = ; Hay: Ud = = = Trong đó: *an = ; an = ; *bn = ; bn = ; Ta có: ; Vậy ta có biên độ điện áp: Uk n = ; Uk,n = ; Uk n = ; Ud ≈ ; 65 4.4.3 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc Từ phân tích ta thấy rằng, góc mở tăng biên độ thành phần sóng hài bật cao lớn, có nghĩa đập mạch điện áp, dịng điện tăng lên Sự đập mạch làm xấu chế độ chuyển mạch vành góp, đồng thời gây tổn hao phụ dạng nhiệt động Để hạn chế đập mạch này, ta phải mắc nối tiếp với động cuộn kháng lọc đủ lớn để Im ≤ 0,1 Iưdm Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao, cuộn kháng lọc cịn có tác dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn Điện kháng lọc cịn tính góc mở α = αmax Ta có: Ud + u~ = E + Rư∑ Id + Rư∑ I~ + L Cân hai vế: u~ = R i~ + L R i~