Đồ án Thiết Kế Mạch Chỉnh Lưu Cầu 3 Pha động Cơ Một Chiều - 123doc

Định nghĩa: Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông.... Có hai phươ

GIANG VIEN HUONG DAN : NGUYEN MANH HA

SINH VIEN THUC HIEN : LÊ VĂN NGHĨA

MA SINH VIEN : 105110055

«¿ĐÀ NẴNG 5/2012«<>

Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYEN MANH HA

GIỚI THIỆU

Ngày nay cùng với việc phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹ thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện - điện tử thì các thiết bị điện tử có công suất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều Và đặc biệt các ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống hàng ngày đã và đang được

phát triển hết sức mạnh mế

Tuy nhiên để đáp ứng được nhu cầu ngày càng nhiêu và phức tạp của công nghiệp thì điện tử công suất luôn phải nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối wu nhất Đặc biệt với chủ trương công nghiệp hoá - hiện đại hoá của Nhà nước, các nhà máy, xí nghiệp cần phải

thay đối, nâng cao để đưa công nghệ tự động điều khiến vào trong

sản xuất Do đó đòi hỏi phải có thiết bị và phương pháp điều khiển

an toàn, chính xác Đó là nhiệm vụ của điện tử công suất cần phải giải quyết

Để giải quyết được vấn đề này thì nước ta cần phổi có đội ngũ

thiết kế điện tử công suất Là sinh viên ngành TỰ ĐỘNG HÓA cần phải tự trang bị cho mình có một trình độ và tâm hiểu biết sâu

rộng Chính vì vậy đồ án môn học điện tử công suất là một yêu cầu

cấp thiết cho mỗi sinh viên Tự động hóa Đó là điều kiện để cho

sinh viên tự tìm hiểu và nghiên cứu kiến thức về điện tử công suất Mặc dù vậy, với sinh viên năm thứ 4 còn đang ngồi trong ghế nhà trường thì kinh nghiệm thực tế còn chưa có nhiều, do đó cần phải

có sự hướng dẫn giúp đố của thầy giáo Qua đây cho em được gửi

lời cảm ơn tới thầy NGUYÊN MAẠNH HÀ đã tận tình chỉ dẫn, giúp

em hoàn thành tốt đồ án môn học này

Xin chân thành cảm ơn!

Phân I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH

I KHÁI NIỆM CHUNG:

1 Định nghĩa:

Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ,

thay đổi từ thông Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm

việc mới phù hợp với yêu cầu Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ

động cơ:

— Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyển chuyển tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất

— Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện Phương pháp này làm giảm

tính phức tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điểu chỉnh Vì

vậy, ta khảo sát sự điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai

Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ

khi phụ tải thay đổi của động cơ điện

Về phương diện điểu chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu

việt hơn so với các loại động cơ khác Không những nó có khả năng điều

chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điểu khiển đơn

giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dấy điều chỉnh

tốc độ rộng

2 Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ:

Khi điểu chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vào các chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyén động điện:

a) Hướng điểu chỉnh tốc độ:

Hướng điểu chỉnh tốc độ là ta có thể điểu chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay bé hơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của động cơ

điện trên đường đặc tính cơ tự nhiên

b) Phạm vi điều chỉnh tốc độ (Dãy điều chỉnh):

Pham vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất n„„„ và tốc

độ bé nhất n„¡ạ mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là

định mức: D = nạax/nmịn

Trong đó:

- nmạ„: được giới hạn bởi độ bển cơ học

Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYEN MANH HA

- "mịn: được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ,

thông thường người ta chọn n„¡n làm đơn vị

Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu của từng hệ thống, khẩ năng từng phương pháp điều chỉnh

c) Độ cứng của đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ:

d) Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điểu chỉnh tốc độ:

Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục

khi điều chỉnh tốc độ y được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kể

Với n¡ và n¡„, ¡ đều lấy tại một giá trị mômen nào đó

y tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục Lúc này hai cấp tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi

là điều chỉnh tốc độ vô cấp

+y # I : Hệ thống điều chỉnh có cấp

e) Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ:

Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao là một hệ thống có

hiệu suất làm việc của động cơ T là cao nhất khi tổn hao năng lượng

AP„„ ở mức thấp nhất

? Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc độ:

Hệ thống điểu chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao

nhất là một hệ thống điểu chỉnh phải thỏa mãn tối đa các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống Đồng thời hệ thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bị phổ thông nhất và các thiết bị máy móc có thể lắp ráp lẫn cho nhau

II ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN:

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

Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không

đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ song song

Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện

phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiểu độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập

Ry _ điện trở của mạch phần ứng.(O)

R, _ điện trở phụ trong mạch phần ứng.(O)

I, _ dòng điện mạch phần ứng.(A)

Với Re=tet for +i t+ Tet

r„ _ điện trở cuộn dây phần ứng

rạ _ điện trở cuộn cực từ phụ

Tt _ dién trở cuộn bù

rạ _ điện trở tiếp xúc của chổi điện

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

Ñ_ số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a _ số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng,

®_ từ thông kích từ dưới một cực từ, Wb

œ _ tốc độ góc, rad/s

Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYEN MANH HA

K = PN _ hệ số cấu tạo của động cơ

2na Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vong/phút) thì

=.PÑ Hà số sức điên đông của đô

K, =-— : Hệ số sức điện động của động cơ,

đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ

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

M

suy ra y I, =—* f @

thay giá trị ly vào (1-4) ta được:

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M Nghĩa là Mạ, = M,„ =M

Tạm , Mạm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch

Mặt khác, phương trình đặc tính (1-4), (1-7) cũng có thể được viết ở

Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYEN MANH HA

_R R

_K®@ `” (K@}”

Aœ được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M

Ta có thể biểu diễn đặc tính cơ điện và đặc tính cơ trong hệ đơn vị

tương đối, với điều kiện từ thông là định mức (® = Dan):

trong đó o = 2 =) w= M Ree

a, làm Mam Ra Uam as ata 3

(Ry, =—™ duc goi la dién trd co ban)

dm

Từ (1-4), (1-7) ta viết được đặc tính cơ điện và đặc tính cơ ở đơn vị tương đối:

@œ* =l—-R*Ứ q- 13) @* =1-R*M*

(1-14)

2 Xét anh hưởng các tham số đến đặc tính cơ:

Từ phương trình đặc tính cơ (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: từ thông động cơ ®, điện áp phần ứng U, và điện trở phần ứng động cơ Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó

a) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:

Giả thiết Uy = Uạm = const và ® = ®„„ = const

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R,

Bay C6 gid tri lén nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất

kích từ độc lập khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

Ứng với một phụ tải M nào đó, nếu R; càng lớn thì tốc độ cơ càng

giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng

điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản

b) Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:

Giả thiết từ thông ® = ®„„ = const, điện trở phần ứng Rự = const

Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uạ„ , ta có:

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

họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên

Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYEN MANH HA

Hình vẽ: Các đặc tính của động cơ một chiểu kích từ độc lập khi

giảm áp đặt vào phần ứng động cơ

Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch,

dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ cũng giẩm 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

c) Ảnh hưởng của từ thông:

Giả thiết điện áp phần ứng U„= Uạm =const Điện trở phần ứng R¿=

const Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ I., động cơ Trong trường hợp này:

Tốc độ không tải: Ox = Van _ var

K®,

2

Độ cứng đặc tínhcơ: B= Ke = var

ư

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điểu chỉnh giảm từ

thông Nên khi từ thông giảm thì œ„„ tăng, còn j sẽ giảm Ta có một

họ đặc tính cơ với œ„, tăng dần và độ của đặc tính giảm dần khi giảm

từ thông

Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

Dòng điện ngắn mạch: lin = cue = const

Mômen ngắn mach: Mụm =K®,1,,, = var

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

được biểu diễn như hình vẽ:

Ill TONG QUAN VE DIEU CHINH:

— Déng cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm so với các động cơ khác,

không những có khả năng điểu chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch điễu khiển đơn giản

— Để điểu chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều trong thực tế có 2 phương

Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYEN MANH HA

Đối với máy điện nhiều khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện

áp trên phần ứng thì mômen sẽ thay đổi Do đó đó tốc độ sẽ thay đổi

Để điều chỉnh điện áp phân ứng ta phải dùng những bộ nguồn điện áp như máy phát 1 chiều, bộ biến đổi van hay khuếch đại từ

Bộ biến đổi BD dùng để biến đổi dòng điện xoay chiểu của lưới thành dòng 1 chiều và điều chỉnh giá trị suất điện động E; của nó theo yêu cầu về các chỉ tiêu kĩ thuật và năng lượng, phương pháp điều áp được đánh giá tốt Trước hết nó là phương pháp điều chỉnh triệt để, nghĩa là

nó có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào, kể cả khi không tải lý tưởng Phương pháp này dam bảo được sai số tốc độ nhỏ, khả

năng quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và tổn năng lượng ít

Mặt khác, vì phân tử điều chỉnh đặt trong mạch điều khiển của bộ biến đổi và mạch có công suất nhỏ nên tính điều khiển cao, thao tác nhẹ

nhàng và có khả năng cải thiện hệ thành tự động vòng kín

Nhược điểm lớn nhất của phương pháp điều áp là phải dùng bộ biến đổi điều khiển khá phức tạp nên vốn đâu tư cơ bản cao và vận hành phí cao

Tuy nhiên, nhờ những ưu điểm đã nêu, phương pháp này tạo ra cho

máy sản xuất một năng suất cao, đồng thời tổn thất năng lượng ít nên thời gian hoàn vốn nhanh Do đó phương pháp điều áp được sử dụng rộng rãi, chính vì vậy nó đem lại cho động cơ 1 chiều một vị trí quan trọng trong thực tế mà máy điện xoay chiều rất khó cạnh tranh

Cấu trúc mạch động lực của hệ truyền động điểu chỉnh tốc độ động cơ

điện 1 chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi Các bộ biến đổi này cấp

cho phần ứng của động cơ hoặc mạch kích từ của động cơ Hiện nay, trong công nghiệp sử dụng các bộ biến đổi chính:

Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát I chiều hoặc

máy điện khuếch đại (KĐM)

Bộ biến đổi điện từ: khuếch đại từ (KĐT)

Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : chỉnh lưu Tiristor (CLT)

Bộ biến đổi xung áp 1 chiểu: Tiristor hoặc Transitor (BBĐXA)

Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như:

—_ Hệ truyền động máy phát - động cơ (F - Ð)

— Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ - Ð)

— Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (KĐT — DC)

— Hệ truyền động chỉnh lưu Tiristor — động cơ (T - Ð)

— Hệ truyễển động xung áp - dong co (XA — DC)

Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động cơ một chiểu có loại điều khiển theo mạch chính (ta có hệ truyền động điểu chỉnh tự động) và loại điều khiển mạch hở (hệ truyễển động điều khiển “hở”) Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có cấu trúc phức tạp,

nhưng có chất lượng điều chỉnh cao và dải điều chỉnh rộng hơn so với hệ truyền động “hở”

Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều còn

được phân loại theo truyền động có đảo chiéu quay và không đảo chiều quay Đồng thời tùy thuộc vào các phương pháp hãm, đảo chiểu mà ta có truyễển động làm việc ở một góc phần tư, hai góc phần tư và bốn góc phần

tư

Trong phần này, chúng ta nghiên cứu các tính chất tổng quát, cũng như

tính chất riêng của từng hệ truyền động điểu chỉnh tốc độ động cơ một chiéu

1 Nguyên lý điểu chỉnh điện áp phân ứng:

Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị

nguồn như máy phát điện một chiểu kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều

khiển v.v Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện

xoay chiều thành một chiều có sức điện động Ey điều chỉnh được nhờ tín

hiệu điểu khiển Uạ Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên

các bộ biến đổi này có điện trở trong R; và điện cảm L khác không

Hình: Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập

Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống

Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYEN MANH HA

Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từ thông cũng được giữ ở giá trị định mức Tốc độ nhỏ nhất

của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mômen

khởi động Khi mômen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất

Để thỏa mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điểu chỉnh

phải có mômen ngắn mạch là:

Max =Mj„„ =Ku Mạu,

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

thẳng song song nhau, nên định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ có thể viết:

1 M Onin = (Manin Mạ lạ = “pk -1)

o Man Oo max Ip) -1

Với một cơ cấu may cu thể thì các giá trỊ ®smax› Mạm, Km là xác định, vì vậy phạm vi điểu chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng ÿ Khi điểu chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ Do đó có thể tính sơ bộ được:

JBỊ/Mạ„ <10

Vì thế với tải có đặc tính mômen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ cũng không vượt quá 10 Đối với các máy có yêu cầu cao về

dải điều chỉnh và độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các

hệ thống “hở” như trên là không thỏa mãn được

Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh 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 dải điều chỉnh là như nhau,

do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của

dai điều chỉnh Hay nói cách khác, nếu tại đặc tính cơ thấp nhất của dải

Vì các giá trị Maạm, @¿„¡„, sep là xác định nên có thể tính được giá trị tối

thiểu của độ cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vượt quá giá trị cho

phép Để làm việc này, trong đa số các trường hợp cần xây dựng các hệ truyền động điện kiểu vòng kín

Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ

được giữ nguyên, do đó mômen tải cho phép của hệ sẽ là không đổi:

M.j„ = Ko am Tim =Mam

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

các đường thẳng @= @„,M =Mự„ và các trục tọa độ Tổn hao năng lượng

chính là tổn hao trong mạch phân ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ

Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYEN MANH HA

Ey = Ey + Iv (Rp + Rua),

TyEy = WyEu + I (Rp + Rua)

Nếu đặt Ry + R„ = R thì hiệu suất biến đổi năng lượng của hệ sẽ là:

Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có mémen do động cơ sinh ra đúng

bằng mômen tải trên trục: MỶ = M,” và gần đúng coi đặc tính cơ của phụ tải là Mỹ =(ø*Ÿ thì

Hình trên mô tả quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ làm việc trong các

trường hợp đặc tính tải khác nhau Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là rất thích hợp trong các trường hợp mômen tải là hằng

số trong toàn dải điều chỉnh Cũng thấy rằng không nên nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng vì như vậy sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của hệ

2 Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ:

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiểu là điểu

chỉnh mômen điện từ của động cơ M =K¿[I, và sức điện động quay của động cơ B„ = Kủ@œ Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ

điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến:

ey +O, — d®

i, = >

+h dt

trong đó r, _ điện trở dây quấn kích thích,

rp _ điện trở của nguồn điện áp kích thích,

œ, _ số vòng dây của dây quấn kích thích

thông chỉnh là đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức

và được gọi là đặc tính cơ bản (đôi khi chính là đặc tính tự nhiên của động

cơ) Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng

chuyển mạch của cổ góp điện Khi giảm từ thông đêt tăng tốc độ quay của

động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi, vì vậy dé bdo dim điều kiện chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết quả là mômen cho phép trên trục động

cơ giảm rất nhanh Ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì đặc

tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích:

p, - Koy hay „` =(®'Ÿ

Do điểu chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ

mà từ thông định mức nằm ở chỗ tiếp giáp giữa vùng chuyển tính và vùng

bão hòa của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và

hằng số C phụ thuộc vào thông số kết cấu của máy điện:

Phần ứng của động cơ điện 1 chiều được cung cấp từ 1 máy phát điện

riêng có khả năng biến đổi sức điện động trong 1 phạm vi riêng, máy phát

này do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha quay và có tốc độ quay của

máy phát là không đổi

Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYEN MANH HA

Ưu điểm néi bat cia hé truyén dong F — D 1A viéc chuyén déi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng điều chỉnh vận tốc

tương đối rộng, khẩ năng quá tải lớn

Nhược điểm quan trọng của hệ F - Ð là dùng nhiều máy điện

quay trong đó ít nhất là 2 máy điện 1 chiều, gây tiếng ổn lớn, công suất lắp máy ít nhất phải gấp 3 lần công suất động cơ chấp

hành Ngoài ra do máy phát 1 chiểu có từ dư, đặc tính từ hóa có

trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ

— Khuếch đại từ được dùng rộng rãi trong kỹ thuật để điểu chỉnh dòng

điện và điện áp Trong trường hợp này người ta dùng nó để điều chỉnh

điện áp đặt vào phần ứng động cơ 1 chiều ĐM

— Phần tử điều chỉnh chủ yếu là KĐT là cuộn kháng bão hòa được nối

theo sơ đồ trên Trong mạch làm việc người ta nối các điốt làm nhiệm

vụ chỉnh lưu cho phụ tải và tạo ra thành phần dòng từ hoá KĐT

— Dién 4p chinh lwu trén dau ra cla khuéch dai ty dude diéu chinh bing

các biến đổi dòng trong cuộn dây điều khiển của nó Cuộn đó có thể quấn bao tất cả các lõi của KĐT như bằng cách biến đổi dòng điều khiển ta sẽ biến đổi được mật độ từ thông trong lõi từ ở nửa cuối chu kì

điều khiển ( tức nửa chu kì làm việc) Chính mật độ từ thông này quyết

định góc bão hòa œ, Đối với khuếch đại từ lý tưởng trị số của suất điện

động chỉnh lưu:

nU,

Expr = (+cosơ,)

—_ Việc đảo chiều quay động cơ được thực hiện bằng cách đảo chiều kích

từ hoặc đổi các dấu dòng phần ứng động cơ

+ Ưu điểm: hệ thống này hiệu suất trung bình cao hơn hệ thống F~ Ð nhưng thấp hơn T - Ð

+ Nhược điểm: khi dùng hệ thống để cấp điện áp cho động cơ điện l

chiểu, việc dùng hệ biến đổi khuếch đại từ có cực tính điện áp ra

thay đổi là không kinh tế, nên việc đảm bảo chiểu quay được thực

hiện bằng việc thực hiện đảo chiều đầu dây phần ứng hoặc đảo

chiều dòng kích từ Do đó, việc đảo chiều mất nhiều thời gian

KĐT

động cơ điện 1 chiều Tốc độ động cơ điều chỉnh bằng cách thay đổi điện

áp chỉnh lưu bằng cách thay đổi thời điểm thông van

— Ưu điểm: ưu điểm nổi bật của hệ T — Ð là độ tác động nhanh không gây ôn và dễ tự động hóa, do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công

suất rất cao, điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập cho hệ thống tự

Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYEN MANH HA

động điều chỉnh nhiều vùng để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh và các

đặc tính động của hệ thống

— Nhược điểm: chủ yếu do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh

lưu của điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ trong máy điện

Hệ số công suất cosọ của hệ nói chung là thấp Tính dẫn điện 1 chiều

của van buộc ta phải sử dụng 2 bộ biến đổi để cấp điện cho động cơ có đảo

chiéu quay

6 Chọn phương án:

— Trong thực tế truyển động nào có ưu điểm thì cũng có nhược điểm khác

Do đó tùy trường hợp thực tế cụ thể người ta chọn phương án truyền

động cho phù hợp và trên nguyên tắc nhược điểm là ít nhất

—_ Trong phân đồ án này ta dùng hệ truyền động T - Ð

Phần II: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG ÁN ĐÃ CHỌN

Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyển động T ~ Ð đảo chiều:

— Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ

— Giữ nguyên dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng nhưng được phân

ra 4 sơ đồ chính:

Truyển động dùng I bộ biến đổi cấp cho phân ứng và đảo chiều

quay bằng cách đảo chiều dòng kích từ

Truyển động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng cà đảo chiều

quay bằng công tắc từ chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông giữ không đổi)

Truyền động dùng 2 bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng

Truyén động dùng 2 bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển

chung

Tuy nhiên, mỗi loại sơ đồ đều có ưu nhược điểm riêng và thích hợp với

từng loại tải và công nghệ

Ta chọn bộ truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối song song ngược điểu khiển chung, bởi nó dùng cho dãi công suất vừa và lớn có tần số đảo chiểu cao và

thực hiện đảo chiều êm hơn

1 Sơ đô nguyên lý làm việc:

Sơ đồ gồm 2 bộ biến đổi G¡ và G; , đấu song song ngược với các cuộn

kháng cân bằng L„ Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu

hoặc nghịch lưu

Cả 2 bộ biến đổi G¡ và G; đều nhận được xung mở tại mọi thời điểm

Ta gọi œ, là góc mở đối với G¡, œ, là góc mở đối với Ga, thì sự phối hợp giữa 2 giá trị œ, và ơ, phải được thực hiện theo quan hệ:

dị + 0, = 1809

Sự phối hợp này là tuyến tính

— Giả sử ta cần động cơ quay thuận ta cho G¡ làm việc ở chế độ chỉnh lưu

œ, =0+90°, Ua >0, G; làm việc ở chế độ nghịch lưu U¿ < 0 bay gid a, > 90°

Ủại = U¿ cosơ, >0

Uz, =U, cosa,< 0

Cả 2 điện áp Uai và U đều đặt lên phần ứng của động cơ Động cơ chỉ

tuân theo UƯạ¡ và quay thuận Động cơ không thể quay ngược theo U¿; vì các tiristor không thể cho dòng chạy qua

Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYEN MANH HA

của động cơ bằng không Động cơ ở trạng thái dừng

Giả sử U, là điện áp điều khiển ở bộ điểu khiển cần khởi động ĐM

quay thuận ta cho U, = Ua

a, = 30° , a, =180°-a, =150°

Ua = By, » Un = By,

G¡ làm việc ở chế độ chỉnh lưu, còn G; làm việc ở chế độ đợi

Nếu bây giờ cần giảm chế độ quay của động cơ ta cho U¿ = U.z, các góc mở œ; =60”, œ; =120”, Ư¿, =20, » UZ =~2U, Lức này do quán tính, nên sức điện động E của động cơ vẫn còn giữ nguyên trị số ứng với

trạng thái trước đó, E' > U”, > bộ biến đổi G; bị khoá lại

Mặt khác, E >|U;;| nên bộ biến đổi G; làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ

thuộc, trả năng lượng tích luỹ trong động cơ về nguồn điện xoay chiếu Dòng điện phần ứng đổi dấu, chảy từ M vào G;¿ động cơ bị hãm tái sinh, tốc độ giảm xuống giá trị tương ứng với Ưj,

Nếu cho điện áp điểu khiển U, < 0 thì G; sẽ làm việc ở chế độ chỉnh

lưu, còn G¡ làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc

Đặc điểm của sơ đồ đảo dòng đang xét là có 1 dòng điện lúc thì chảy từ G¡ vào G;, lúc thì chảy từ G¿ vào G¡ mà không qua mạch tải Người ta gọi

nó là dòng tuần hoàn

Dòng tuần hoàn làm cho MBA và các tiristor sẽ làm việc nặng nề hơn,

để hạn chế dòng điện tuần hoàn người ta dùng 1 điện cảm L

Giá trị trung bình của dòng tuần hoàn:

3/6U, „ =~ (sina, — a, cosa,)

TX ¢

Dat I,” = ee gọi là giá trị tương đối của dòng điện tuần hoàn

6U ?: giá trị cực đại của dòng tuần hoàn

Phần II: TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC

A B Cc

„_ Điện áp chỉnh lưu không tải bao gồm:

U,, =U, +AU, + AU, +AU; + AU,

Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYEN MANH HA

với:

Ủạ _ : điện áp chỉnh lưu 220V

AU, : sụtáp trên điện trở dây quấn MBA: AU,=3%Ua

AU, : sụt áp trên điện kháng dây quấn MBA và sụt áp do hiện tượng

AU, : sut 4p trén 2 tiristor: AU; =2*2=4"

AU,, : sụt áp trên điện kháng cân bằng: AU,„„= 0.8%Ua

Vậy điện áp chỉnh lưu không tải là:

+ Do tổn tại dòng tuần hoàn chảy qua các bộ biến đổi G¡ , G; và MBA

mà không qua phụ tải nên chế độ làm việc của MBA và tiristor nặng nể

và dòng điện trung bình lạ = 1.2 * 25.12 = 30.144 (A)

Tra bang ta chọn Tiristor T4-50 do Liên Xô chế tạo có các thông số sau:

S : công suất biểu kiến của MBA

Mạch từ được làm bằng các lá thép kĩ thuật điện ghép lại với nhau để giảm dòng điện xoáy, tổn thất 1.3 W/kg,, trọng lượng 7.5 Kg/dmỶ

Trụ:

—_ Tiết diện thô của trụ: 10 * 6+2 * 2 * 6= 84 cm?

- Tiết diện hiệu quả: 0.95 *§4= 79.8 cm”

—_ Trọng lượng: 7.5 * 0.798 *2.4* 3= 43.1 kg

Quilat (culasse):

-_ Tiết diện thô: 10 * 10 = 100 cm”

Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYEN MANH HA

dị=2.38mm; S= 6.92mm’; 55.97 g/m ; 0.00278 Q/m

dạ=5.2mm ; $=21.24mm’; 189g/m; r= 0.000811Q/m

— Ong day quấn: lồng vào mỗi trụ 1 ống dây quấn làm bằng vật liệu cách

điện dày 1 mm, có bán kính trong là 72 mm Vậy bán kính của vòng dây sơ

— Bán kính trung bình của mỗi dây quấn: 74 + ue = 79.86 mm

— Chiểu dài của dây quấn sơ cấp: 2x79.85x10”x188§=94.32 m

một tờ giấy cách điện dày 0.1mm

Bề dày dây quấn thứ cấp:

r: bán kính trung bình của 2 cuộn dây

r=e, +e.+4=11.72+ 16+ 4 =31.72 (mm)

Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYEN MANH HA

—_ Điện áp chỉnh lưu khi đầy tải:

Uy =U,; ~AU, —AU, =236.8~13.53~10.3 =212.97 (V)

4 Tính chọn cuộn kháng san bằng dòng tải:

— Cuộn kháng san bằng dòng tải được mắc nối tiếp với động cơ nhằm

mục đích giảm độ nhấp nhô của dòng điện chỉnh lưu để động cơ làm việc

được tốt hơn, giảm các tổn thất phụ trong động cơ

— Thành phần sóng bậc cao của dòng chỉnh lưu không vượt quá 5% dòng

tải

1, <5x 190-7? ~7.s36(A) d 100

giá trị cuộn kháng phải chọn sao cho đẩm bảo điểu kiện này lúc động cơ

làm việc ở giá trị định mức góc mở œ =0 thì dòng tải lớn nhất, thành phần xoay chiều điện tải lớn nhất

— Khai triển Furier điện áp chỉnh lưu:

U, =E+RI, +Ri, +L =U,+U,

— Cân bằng các thành phần 1 chiều và xoay chiểu: