text:
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.
Chia sẻ: Pham Quoc Anh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:49
lượt xem 256
download
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.
Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha: Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Yo, 3 pha Thyristor nối với tải như hình 1.1. Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu: +Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính. +Khi biến áp đấu hình sao (Y)trên mỗi pha A,B,C nối một van.
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. ---- ---- A. TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA: 1.Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha : T1 A a B T2 b C T3 c L R E Hình 1.1: Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha Hình 1.2 : Sơ đồ dạng sóng tia 3 pha Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 1
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha: Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Yo, 3 pha Thyristor nối với tải như hình 1.1. Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu: +Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính. +Khi biến áp đấu hình sao (Y)trên mỗi pha A,B,C n ối m ột van.3 catod đ ấu chung cho điện áp dương của tải ,còn trung tính biến áp, sẽ là điện áp âm. Ba pha này d ịch góc 120 o theo các đường cong điện áp pha ,có điện áp c ủa 1 pha d ương h ơn đi ện áp c ủa 2 pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kì . +Nếu có các Thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải d ương h ơn pha kia. Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên. Góc mở tự nhiên: +Góc mở α được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ âm đến 0 (từ đóng sang khoá) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào. +Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây. +0 ≤α <π − γ − µ γ : góc dẫn Trong đó : µ: góc chuyển mạch 2.Nguyên lý hoạt động : a). Xét khi góc mở α = 0: u Vc Vb Va E θ i1 E θ i2 E θ i3 E θ id θ θ1 θ4 θ2 θ3 Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 2
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG - Điện áp pha thứ cấp máy biến áp v a = 2u 2 sin θ vb = 2u2 sin ( θ − 2π / 3) vc = 2u2 sin ( θ + 2π / 3) - Qua hình trên ta thấy: • Lúc θ1 < θ < θ 2 → v a > v b > v c . v a có giá trị lớn nhất nên T1 mở cho dòng chạy qua T2; v −E T3 khoá i 1 = a R θ 2 < θ < θ 3 → v b > v c > v a . v b có giá trị lớn nhất nên T 2 mở cho dòng chạy qua T 1; • Lúc v −E T3 khoá i 2 = b R v −E • Lúc θ 3 < θ < θ1 . v c > v a > v b , T3 mở; T1, T2 khoá; i 3 = c R Trong đó: R: điện trở của động cơ. E: suất điện động phản kháng của động cơ. u −E Id = d R Dòng trung bình: I 1 5π 6 ∫π 6 I d .dθ = 3d I1 = I 2 = I 3 = 2π b). Xét khi góc mở α ≠ 0 : Giả thiết tải : R, L,Eu , chuyển mạch tức thời. Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp: u1 = U m sin θ 2π u 2 = U m sin(θ − ) 3 2π u3 = U m sin(θ + ) 3 *Nhịp V1: khoảng thời gian từ θ1 → θ 2 . Tại θ 1 điện áp đặt lên u1 > 0, có xung kích khởi: T1 mở, khi đó: u v1 = 0 u v 2 = u 2 − u1 < 0 u = u − u < 0 v3 3 1 T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này: +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1 : ud = u1 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: id = Id = i1 +Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2 = i3 = 0 Trong nhịp V1: uV2 từ âm chuyển lên 0, khi uV2 = 0 thì T2 mở, lúc này uV1 = u1 – u2 = 0 và bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2. *Nhịp V2: từ θ 2 → θ3 Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 3
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG u v 2 = 0 u v1 = u1 − u 2 Lúc này : u = u − u v3 3 2 T2 mở, T1, T3 đóng. +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: ud = u2 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2: id = Id = i2 +Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i1 = i3 = 0 Trong nhịp V 2: uV3 từ âm chuyển lên 0, khi u V3 = 0 thì T3 mở, lúc này uV2 = u2 – u3 = 0 và bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3. *Nhịp V3: từ θ3 → θ 4 uv 3 = 0 uv1 = u1 − u3 Lúc này : u = u − u v2 2 3 T3 mở, T1, T2 đóng. +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3: ud = u3 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 3: id = Id = i3 +Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i1 = i2 = 0 Trong nhịp V 3: uV1 từ âm chuyển lên 0, khi u V1 = 0 thì T1 mở, lúc này uV3 = u3 – u1 = 0 và bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1. Trong mạch ,dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, t ải thu ần tr ở dòng đi ện i d cùng dạng sóng ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện càng trở nên bằng phẳng hơn, khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id = Id . Trị trung bình của điện áp tải: 5π +α 6 2 3 6U 2 ∫ 2.U 2 .sin θ .dθ = .cos α = 1,17U 2cosα . Ud = 3π 2π π +α 6 Trong đó : α : Góc mở Thyristor. Trùng dẫn: e a = 2 .U 2 . sin θ 2π eb = 2 .U 2 . sin(θ − ) 3 2π ec = 2.U 2 .sin(θ + ) 3 Giả sử T1 đang cho dòng chạy qua, iT1 = Id. Khi θ = θ 2 cho xung điều khiển mở T2. Cả 2 Thyristor T1 và T2 đều cho dòng chảy qua làm ngắn mạch 2 nguồn e a và eb. Nếu chuyển gốc toạ độ từ θ sang θ 2 ta có: 5π e a = 2 .U 2 . sin(θ + + α) 6 π eb = 2 .U 2 . sin(θ + + α ) 6 Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 4
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG Điện áp ngắn mạch: U c = eb − e a = 2 .U 2 . sin(θ + α ) Dòng điện ngắn mạch được xác định bởi phương trình: di c 6 .U 2 . sin(θ + α ) = 2. X c . dt Do đó: 6 .U 2 .[ cos α − cos(θ + α )] ic = 2. X c Nguyên tắc điều khiển các Thyristor : Khi anod của Thyristor nào d ương h ơn Thyristor đó mới được kích mở. Thời điểm của 2 pha giao nhau đ ược coi là góc thông t ự nhiên của các Thyristor. Các Thyristor chỉ được mở với góc mở nhỏ nhất . Tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có 1 Thyristor dẫn ,như vậy dòng đi ện qua t ải liên t ục, mỗi t dẫn trong 1/3 chu kì.còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn của các Thyristor nhỏ hơn .Tuy nhiên, trong cả 2 TH dòng điện trung bình c ủa các Thyristor đ ều b ằng 1/3 Id .trong khoảng thời gian Thyristor dẫn dòng điện của Thyristor bằng dòng đi ện t ải. Dòng điện Thyristor khoá = 0. Điện áp Thyristor phải chịu bằng đi ện dây gi ữa pha có Thyristor khoá với pha có Thyristor đang dẫn. Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc vào góc mở Thyristor . +Nếu α ≤ 30 → Ud , Id liên tục. +Nếu α > 30 → Ud , Id gián đoạn Ud Id T2 α Ud Id t 0 t1 t2 t3 t4 I1 t I2 t I3 t UT1 t Hình 1.3: Giản đồ đường cong khi α= 30o tải thuần trở Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 5
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG Ud T2 Ud Id α Id t 0 I1 t I2 t I3 t UT1 t Hình 1.4 :Giản đồ đường cong khi góc mở α= 60o Nhận xét : So với chỉnh lưu 1 pha: +Chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện một chiều tốt hơn. +Biên độ điện áp đập mạch tốt hơn. +Thành phần sóng hài bậc cao bé hơn . +Việc điều khiển các van bán dẫn cũng tương đối đơn giản hơn. Dòng điện mỗi cuộn thứ cấp là dòng điện 1 chiều ,do biến áp 3 pha 3 trụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn. Khi chế tạo biến áp động lực, các cuộn dây thứ cấp phải đấu sao(Y) ,có dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì dây trung tính chịu dòng tải. Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 6
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG 3. Tổng quan về Thyristor : a) Cấu tạo: Là dụng cụ bán dẫn gồm 4 lớp bán đẫn loại P và N ghép xen kẽ nhau và có 3 c ực anốt, catốt và cực điều khiển riêng G . + + + A K P1 + N1+ P2 + N2 + + + J3 E J2 J1 i G Hình 1-5 A K Kí hiệu : G b) Nguyên lý hoạt động : Khi Thyristor được nối với nguồn một chiều E > 0 tức cực dương đặt vào an ốt c ực âm đặt vào catốt, thì tiêp giáp J 1, J3 được phân cực thuận còn miền J2 phân cực ngược, gần như toàn bộ điện áp được đặt lên mặt ghép J 2, điện trường nội tại E1 của J2 có chiều từ N1 hướng tới P2. Điện trường ngoài tác động cùng chi ều với E 1, vùng chuyển tiếp là vùng cách điện càng được mở rộng ra, không có dòng điện ch ạy qua tiristor m ặc dù nó được đặt dưới 1 điện áp dương. +Mở Thyristor : Nếu cho một xung điện áp dương U g tác động vào cực G (dương so với K ) thì các electron từ N2 chạy sang P2. Đến đây một số ít trong chúng chảy về nguồn Ug và hình thành dòng điều khiển Ig chảy theo mạch G1 - J3 - K - G , còn phần lớn điện tử dưới sức hút cuả điện trường tổng hợp của mặt J2 lao vào vùng chuyển tiếp này chúng được tăng tốc do đó có động năng rất lớn sẽ bẻ gảy các liên k ết gi ữa các nguyên t ử Si, tạo nên các điện tử tự do mới. Số điện tử này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si khác trong vùng chuyển tiếp. Kết quả của các phản ứng dây chuyền này làm xu ất hi ện càng nhiều điện twr chạy vào vung N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng đẫn điện ào ạt làm cho J 2 trở thành mặt ghép dẫn điện bắt đầu từ một diểm nào đó ở sung quanh cực rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc đ ộ lan truyền kho ảng 1m/100µs - Một trong những biện pháp đơn giản nhất để mở Thyristor được trình bày trên hình vẽ. +E . Khi đóng mở K, nếu Ig > Igst thì T mở ( Ig ≈ (1,1 Rt ÷ 1,2 ). Igst ) R1 E G= (1,1 − 1,2) I gst T K Ig : Giá trị dòng điều khiển ghi trong sổ tay tra cứu Thyristor R2 R2 = 100÷ 1000(Ω ) -E Hình 1-6a Có thể hình dung như sau : Khi dặt Thyristor ở UAK > 0 thì Thyristor ở tình trạng sẵn sàn mở cho dòng chảy qua, nhưng nó còn đợi tín hiệu Ig ở cực điều khiển, nếu Ig > Igst thì Thyristor mở. +Khoá Thyristor : Một khi Thyristor đã mở thì tín hiệu thì tín hi ệu I g không còn tác dụng nữa. Để khoá Thyristor có 2 cách : Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 7
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG . Giảm dòng điện làm việc I xuống giá trị dòng duy trì Idt . Đặt một điện áp ngược lên Thyristor UAK < 0, hai mặt J1, J3 phân cực ngược, J2 phân cực thuận. Những điện tử trước thời điểm đảo cực tính UAK < 0 đang có mặt tại P1, N1, P2, bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dòng điện ngược chảy từ Cat ốt v ề An ốt và v ề c ực âm của nguồn điện áp ngoài. +E +E R Rt1 Rt2 C C A B T2 T T1 K Hình 1-6b Hình 1-6c - Lúc đầu quá trình từ t0→ t1, dòng điện ngược khá lớn, sau đó J1, J3 trở nên cách điện. Còn một ít điện tử được giủ lại giữa hai mặt ghép, hiện tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết và J2 khôi phục lại tính chất của mặt ghép điều khiển. - Thời gian khoá toff được tính từ khi bắt đầu xuất hiên dong đi ện ngược bằng 0 (t 2) đây là thời gian mà sau đó nếu đặt điện áp thuận lên Thyristor thì Thyristor v ẫn không mở, toff kéo dài khoảng vài chục αs. Trong bất kỳ trường hợp nào cũng không được đặt tiristor dưới điện áp thuận khi Thyristor chưa bị khoá nếu không sẽ có nguy cơ gây ngắn mạch nguồn. Trên sơ đồ hình (b), việc khoá Thyristor bằng điện áp ngược được thực hiện bằng cách đong khoá K. còn sơ đồ (c) cho phép khóa Thyristor m ột cách t ự đ ộng. Trong mạch hình (c) khi mở Thyristor này thì tiristor kia sẽ khoá lại. Giả thuyết cho m ột xung điện áp dương đặt vào G 1→T1 mở dẫn đến xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch : +E - R1-T1 - -E,còn dòng thứ 2 chảy theo mạch +E - R2 -T1- -E. - Tụ C được nạp điện đến giá trị E, bản cực dương ở B, bản cực âm ở A. Bây gi ờ nếu cho một xung điện áp dương tác động vào G2→T2 mở nó sẽ đặt điện thế điểm B vào catốt của T1. Như vậy là T1 bị đặt dưới điện áp Uc = -E và T1 bị khoá lại. -T2 mở lại xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch : + E - R 1-C - T2 - -E. Còn dòng thứ hai chảy theo mạch : +E - R2 - T2 - -E. - Tụ C được nạp ngược lại cho đến giá trị E, chuẩn bị khoá T2 khi ta cho xung mở T1 c) Điện dung của tụ điện chuyển mạch : - Trong sơ đồ hình (b), (c) một câu hỏi được đặt ra là : T ụ đi ện C ph ải có giá tr ị b ằng bao nhiêu thì có thể khoá được Thyristor ? → Như đã nói ở trên khi T1 mở cho dòng chảy qua thì C được nạp điện đến giá trị E. bản cực “+” ở phía điểm B. tại thời điểm cho xung m ở T 2 (cả 2 Thyristor điều mở), ta có phương trình mạch điện. du E = i.R1 + U c với i = C c dt du Nên E = C.R1 c + U c dt Viết dưới dạng toán tử Laplace : P = C.R1 { P.[U c ( p ) − U c ( 0 ) ]} + U c ( p ) E Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 8
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG Q.E 1 U c ( 0 ) = − E nên U c ( p ) = với a = Vì p( p + a ) R1 .C ( ) U ( t ) = E 1 − 2.e − at = U c T 1 . Thời gian t là khoảng thời gian kể Từ đó ta có : off từ khi mở T2 cho đến khi UT1 bắt đầu trở thành dương, vậy ta có : t off ( ) E 1 − 2.e − a.toff = 0 → t off = 0,693.R1C hoặc C = 0,693.R1 1,44.I .t off E sẽ nhận được C = R1 = I E toff :µ ; I : Ampe ; E : Volt ; C : µF d) Đặt tính Volt - Ampe của Thyristor : Ia III II IH Ung I0 U I Uth Uch Ing IV Hình 1-7 Đoạn 1 : Ứng với trạng thái khoá của Thyristor, chỉ có dòng điện rò chảy qua Thyristor khi tăng U lên đến Uch (điện áp chuyển trạng thái ), bắt đầu quá trình tăng nhanh chống của dòng điện. Thyristor chuyển sang trạng thái mở. Đoạn 2 : Ứng với giai đoạn phân cực thuận của J 2. Trong giai đoạn này mỗi lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với mọt lượng giảm lớn c ủa đi ện áp đ ặt lên Thyristor, đoạn này gọi là đoạn điện trở âm. Đoạn 3 : Ứng với trạng thái mở của Thyristor. Khi này cả 3 mặt ghép đã trở thàng đẫn điện. Dòng chảy qua Thyristor chỉ còn bị hạn chế bởi điện trở mạch ngoài. Điện áp rãi trên Thyristor rất lớn khoảng 1V. Thyristor được giử ở trạng thái mở chừng nào I còn lớn hơn dòng duy trì IH. Đoạn 4 : Ứng với trạng thái Thyristor bị đặt dưới điện áp ngược. Dòng điện rất lớn, khoảng vài chục mA. Nếu tăng U đên U ng thì dòng điện ngược tăng lên nhanh chống, m ặt ghép bị chọc thủng, Thyristor bị hỏng. Bằng cách cho I g lớn hơn 0 sẽ nhận được đặt tính Volt - Ampe với các Uch nhỏ dần đi. Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 9
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG B: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP. I. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU : Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghi ệp,giao thông v ận tải và nói chung trong các thiết bị cần điều chỉnh tốc đ ộ quay liên t ục trong m ột ph ạm vi rộng. Máy điện một chiều có thể làm việc cả hai chế độ máy phát và động c ơ. Khi máy làm việc ở chế độ máy phát công suất đầu vào là công suất c ơ còn công su ất đ ầu ra là công suất điện. Động cơ quay roto máy phát điện m ột chiều có thể là turbine gas, đ ộng c ơ điesel hoặc là động cơ điện. Khi máy điện một chiều làm việc ở chế độ đ ộng c ơ, công suất đầu vào là công suất điện còn công suất đầu ra là công suất cơ. Cả hai chế độ làm việc, dây quấn đông cơ điện một chiều đều quay trong từ tr ường và có dòng điện chạy qua. SĐĐ phần ứng động cơ điện một chiều tính theo công thức: Eư = kE Φ n = kM Φω Mômen điện từ tính theo công thức M = kM Φ Iư Phương trình cân bằng điện áp của động cơ : U = Eư + Rư * Iư II. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU : 1.Phần tĩnh hay stato : Đây là một phần đứng yên của máy . Phần tĩnh gồm các bộ phận tĩnh sau: a).Cực từ chính : Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây qu ấn kích t ừ lồng ngoài lõi sắt cực từ . Lõi sắt c ục từ làm bằng nh ững lá thép k ỹ thu ật đi ện hay thép cácbon dày 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt . Trong máy điện nhỏ có thể làm bằng thép khối . Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông .Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành m ột kh ối và t ẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ . Các cuộn dây kích từ đặt trên các c ực t ừ này được nối nối tiếp với nhau. b).Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thi ện đ ổi chi ều . Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính .Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ những bulông. c).Gông từ : Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ , đồng thời làm vỏ máy . trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại , Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc . Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy . d).Các bộ phận khác : Các bộ phận khác gồm có : -Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây qu ấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện . Trong máy đi ện nh ỏ và v ừa , n ắp máy còn có tác dụng làm giá đở ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang. -Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài . Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì ch ặt lên cổ góp . Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá . Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ . Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại. 2.Phần quay rotor : Phần quay gồm có những bộ phận sau : Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 10
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG a).Lõi sắt phần ứng : Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ .Thường dùng những tấm thép kỷ thuật đi ện (thép hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để gi ảm hao t ổn do dòng điện xoáy gây nên .Trên lá thép có dập hình dạng rãnh đ ể sau khi ép l ại thì đ ặt dây quấn vào. b).Dây quấn phần ứng : Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng đi ện chạy qua .Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách đi ện . Trong máy đi ện nh ỏ (công suất dưới vài kW ) thường dùng dây có tiết diện tròn . Trong máy điện vừa và lớn , thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật . Dây quấn được cách đi ện cẩn th ận v ới r ảnh c ủa lõi thép . c. Cổ góp : Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều ) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều . d).Các bộ phận khác : -Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy . -Trục máy : Trên đó đặt lõi sắt phần ứng , cổ góp cánh quạt và ổ bi . Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt . 3.Các trị số định mức: Chế độ làm việc định mức của máy điện một chiều là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định.Chế độ đó đươc đặc trưng bằng nh ững đ ại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định m ức . Trên nhãn máy th ường ghi những đại lượng sau : Công suất định mức: Pđm (KW hay W); Điện áp định mức: Uđm (V); Dòng điện định mức: Iđm (A); Tốc độ định mức: nđm (vg/ph). Ngoài ra còn ghi kiểu máy , phương pháp kích từ , dòng đi ện kích t ừ và các s ố li ệu về điều kiện sử dụng . III. PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU : Quan hệ giửa tốc độ và mômen động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ : ω = f(M) hoặc n = f(M). Quan hệ giửa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất: ωc= f(Mc) hoặc nc= f(Mc). Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử d ụng đ ặc tính cơ điện. đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giửa tốc độ và dòng điện trong m ạch đ ộng cơ: ω = f(I) hoặc n = f(I). Trong phạm vi của đề tài này chỉ xét đến đặc tính c ơ c ủa động c ơ điện m ột chiều kích từ độc lập. 1. Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ hình (1-5) ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau: Uư Uư = Eư + (Rư +Rf)Iư ( 1-1) Trong đó:Uư - điện áp phần ứng, (V) Rf Eư - sức điện động phần ứng,(V) E Rư - điện trở của mạch phần ứng, (Ω ) Rf - điện trở phụ trong của mạch phần ứng, (Ω ) RKT CKT Với: Rư = rư + rcf + rb + rct Trong đó: rư - điện trở cuộn dây phần ứng. IKT rcf - điện trở cuộn cực từ phụ. UKT Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 11 Hình 1-5
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG rb- điện trở cuộn bù. rct- điện trở tiếp xúc chổi than. Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức: pN φω = kφω Eư = (1-2) 2πa Trong đó: p - số đôi cực từ chính. N - số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng. A - số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng. φ - từ thông kích từ dưới một cực từ. ω - tốc độ góc,rad/s. pN - hệ số cấu tạo của động cơ. k= 2πa Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: Eư = Ke.φn (1-3) 2π n n = ω= Với: 60 9,55 pN φn Vì vậy: Eư= 60a pN là hệ số sức điện động của động cơ . Ke = 60a K ≈ 0.105K Ke = 9,55 Từ (2-1) và (2-2) ta có: R + R f U = − I (1-4) KΦ KΦ Biểu thức (1-4) là phương trình đặc tính cơ điện của đông cơ. Mặt khác, mômen điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi: Mđt= Kφ Iư (1-5) M dt Suy ra: Iư = . KΦ Thay giá trị Iư vào (2-4) ta được: R + R f U − M dt = (1- 6) KΦ ( KΦ ) 2 Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen c ơ trên tr ục đ ộng c ơ b ằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là Mđt= Me= M. Khi đó ta được: R + R f U − M = (1-7) KΦ ( KΦ ) 2 Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông φ = const, thì cá phương trình đặc tính cơ điện (1- 4) và phương tình đặc tính cơ (1-7) là tuyến tính. Đ ồ th ị c ủa chúng được biểu điển trên hình (1-2) là những đường thẳng. Theo các đồ thị trên, khi Iư= 0 hoặc M = 0 ta có: U = = ωo (1-8) KΦ ω0: gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 12
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG U = I nm Còn khi ω = 0 ta có: Iư = (1-9) R + R f Và M = KφInm = Mnm Inm, ω0 ω ω ω0 ωđm ωđm I I Mđm M Iđm Inm nm a. Đặc tính cơ điện của động cơ b. Đặc tính cơ của động cơ điện điện một chiều kích từ độc lập một chiều kích từ độc lập Hình 1-6 Inm,Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch. Mặt khác từ phương trình đặc tính (1-4) và (1-7) cũng có thể được viết dưới dạng: U RI = ω o − ∆ω = − (1-10) K Φ KΦ U RM = ω o − ∆ω − = K Φ ( KΦ ) 2 U = KΦ R R ∆ω = I = M : gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M. KΦ ( KΦ ) 2 2.Xét các ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ: Từ phương trình đặc tính cơ (2-7) ta thấy có ba tham số ảnh h ưởng đ ến đặc tính c ơ: Từ thông động cơ φ, điện áp phần ứng Uư, 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 rằng Uư=Uđm= Const và φ = φđm=const. Muốn thay đôi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R f vào mạch phần ứng. ω0 Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng: TN(Rn) U dm = const o = Rf1 KΦ *dm Rf2 Độ cứng đặc tính cơ: ∆M ( KΦ ) 2 β= =− = var RM ∆ω R + R f Mc f3 Khi Rf càng lớn β càng nhở nghĩa là Rf4 đặc tính cơ càng dốc. Hình 1-7 Ưng với Rf=0 ta có đặc tính cơ tự nhiên: ( KΦ dm ) 2 β TN = − (1-11) R βTN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất c ả cá đ ường đ ặc tính có điện trở phụ. Như vậy khi thay đổi điện trở R f ta được một họ đặc tính biến trở Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 13
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG như hình (2-5) ứng với mổi phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch củng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và đi ều chỉnh tốc đ ộ đ ộng c ơ phía dưới tốc độ cơ bản. b).Ảnh hưởng của điện áp phần ứng: Giả thiết từ thông φ = φđm= const, điện trở phần ứng Rư = const. Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm, ta có: ω ω0 Tốc độ không tải: Ux ω 01 Uđm ωox = = var KΦdm ω 02 U1 ω 03 U2 Độ cứng đặc tính cơ: ω 04 ( KΦ ) 2 U3 β =− = const M(I) R U4 Mc Hình 1-8 Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động c ơ ta đ ược m ột h ọ đ ặc tính cơ song song như trên (Hình 2-4). Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn m ạch, dòng đi ện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ củng giảm ứng với một phụ tải nhất đ ịnh. Do đó phương pháp này củng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động c ơ và h ạn ch ế dòng điện khi khởi động. c).Ảnh hưởng của từ thông : Giả thiết điện áp phần ứng U ư= Uđm= const. Điện trở phần ứng Rư = const. Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ. Trong trường hợp này: U dm = var Tốc độ không tải : ox = KΦ x ( KΦ x ) 2 β= − = var Độ cứng đặc tính cơ : R Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông giảm thìω0x tăng, còn β giảm ta có một họ đặc tính cơ với ω0x tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông. Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông: ω ω 02 ω 02 φ φ2 ω 01 φ 1 2 ω 01 φ1 ω0 φ đm Mc φ đm 0 M TN 0 MC Inm a. Đặc tính cơ điện của động cơ điên một b. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm tư thông chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông Hình 1-9 U dm = const Dòng điên ngắn mạch: Inm = R Mnm=KφxInm=Var Mômen ngắn mạch: Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 14
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG Các đặc tính cơ điện và đặc tính của động cơ khi giảm từ thông đ ược bi ểu di ễn ở hình (1-9)a. Với dạng mômen phụ tải M c thích hợp với chế độ làm việc của động cơ khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên, như ở hình (1-9)b. IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP : 1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ: Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện áp trên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay đổi. Đ ể tránh nh ững bi ến đ ộng l ớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc đ ộ b ằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ m ột chi ều kích t ừ độc lập. Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các b ộ ngu ồn đi ều áp nh ư: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… Các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chi ều và đi ều chỉnh giá tr ị sức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: R +Rf U −u n= M K E Φ K E K M Φ2 Ta có tốc độ không tải lý tưởng: no = Uđm/KEΦđm. Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ nên được dùng nhi ều trong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb. * Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có th ể đi ều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng. * Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên v ốn đ ầu t ư c ơ bản và chi phí vận hành cao. 2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông: •- +• U Iư DM Đ • CKĐ RKĐ - + • • UKT Hình 1-10 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông. Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment đi ện từ của động cơ M = KMφIư và sức điện động quay của động cơ. Eư = KEφn. Thông thường, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng được gi ữ nguyên giá trị định mức. Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trung bình, người ta thường sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi từ thông do tổn hao công suất nhỏ. Đối với các máy điện công suất lớn thì dùng các bộ bi ến đổi đ ặc bi ệt nh ư: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến đổi van… Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông. Nếu tăng từ thông thì dòng điện kích từ IKT sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ. Do đó, để đi ều ch ỉnh t ốc đ ộ ch ỉ có th ể Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 15
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông so với định m ức. Ta th ấy lúc này t ốc đ ộ tăng lên khi từ thông giảm: n = U/KEΦ. Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép. Khi đi ều ch ỉnh t ốc đ ộ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ không thể đổi chi ều dòng đi ện và chịu được hồ quang điện. Do đó, động cơ không được làm việc quá tốc độ cho phép. Nhận xét: Do quá trình điều chỉnh tốc độ được thực hi ện trên m ạch kích t ừ nên t ổn thất năng lượng ít, mang tính kinh tế, thiết bị đơn giản. 3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng: Trong phương pháp này điện trở phụ được mắc nối tiếp với mạch phần ứng c ủa đ ộng cơ theo sơ đồ nguyên lý như sau: Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên m ạch phần ứng được giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc đ ộ n 1 ta đóng thêm Rf vào mạch phần ứng. Khi đó dòng điện phần ứng I ư đột ngột giảm xuống, còn tốc độ động cơ do quán tính nên chưa kịp biến đổi. Dòng I ư giảm làm cho moment động cơ giảm theo và tốc độ giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n2 với n2 > n1. Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < ncb. Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm. Đồng thời dòng đi ện ngắn m ạch In và moment ngắn mạch M n cũng giảm. Do đó, phương pháp này được dùng để hạn ch ế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản. Và tuyệt đối không được dùng cho các động cơ của máy cắt kim loại. - + U • • Iư • Rf E • CK RK + - • • UKT Hình 1-11: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng. * Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cho c ần tr ục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép. * Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ đóng vào càng l ớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn định tốc độ khi ph ụ tải thay đ ổi càng kém. Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng tăng. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 16
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG II :TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC : ---- ---- A. SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC: T1 A i1 a T2 B i2 b T3 i3 C c ĐM LK id Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực B. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG : -Bộ biến đổi Thyristor có nhiệm vụ biến dòng đi ện xoay chi ều c ủa l ưới thành dòng điện một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ. Nó có thể đi ều khiển suất đi ện động b ộ biến đổi nên có khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ. -Trong bộ biến đổi Thyristor : máy Biến áp lực có nhiệm v ụ biến đ ổi đi ện áp l ưới cho phù hợp với điện áp cung cấp cho động cơ , tạo điểm trung tính , tạo pha cho ch ỉnh l ưu nhiều pha,hạn chế biên độ dòng ngắn mạch,giảm di/dt < di/dt cp nhằm bảo vệ van…. -Hệ thống Thysitor : nắn dòng cho phù hợp với động cơ. -Bộ điều khiển dùng làm biến thiên góc α ,do đó biến thiên Uö dẫn đến thay đổi ω -Bộ lọc gồm tụ điện Co và cuộn kháng L nhằm lọc các thành phần sóng hài bậc cao sao cho K sb < K sb cp ,với K sb cp phụ thuộc yêu cầu của tải. C. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN MẠCH ĐỘNG LƯC : I . TÍNH CHỌN THYRISTOR: 1/ Điện áp ngược của van: Ulv = knv .U2 U d 220 Với U2 = = =188,03 (V) ku 1,17 Trong đó: Ud : Điện áp tải của van U2 : Điện áp nguồn xoay chiều của van ku : Hệ số điện áp tải (Tra bảng 1.1: ku = 1,17) knv : Hệ số điện áp ngược (Tra bảng 1.1:knv = 6 ) Ulv : Điện áp ngược của van. Ulv = 6 ×188,03 = 460,58 (V) Để chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van c ần ch ọn ph ải lớn hơn điện áp làm việc. Unv = kdt u . Ulv = 1,8 × 460,58 = 829,04 (V) Trong đó: kdt u : hệ số dự trữ ( kdt u =1,5÷ 1,8) Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 17
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG 2/ Dòng điện làm việc của van: Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van Ilv = Ihd Dòng điện hiệu dụng Ihd = khd . Id =0,58 × 59,5 = 34,51 (A) Trong đó: khd : Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng.(khd =0,58) Ihd : Dòng điện hiệu dụng của van. Id : Dòng điện tải. Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là: có cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc tới 40% Idm v. Idm v = ki . Ilv = 1,4×34,51 = 48,314 (A) Trong đó: Ki : hệ số dự trữ dòng điện. ki=(1,1÷1,4) Vậy thông số van là: Unv = 829,04 (V) Idm v = 48,314 (A) Chọn Thyristor loại T60N1000VOF với các thông sô định mức: (Tra bảng p2) -Dòng điện định mức của van: Idm = 60 (A) -Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 1000 (V) -Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 1400(A) -Điện áp của xung điều khiển: Uđk = 1,4 (V) -Dòng điện của xung điều khiển: Iđk = 150 (mA) -Dòng điện rò: Ir = 25 (mA) -Độ sụt áp trên van: ∆U = 1,8 (V) du -Tốc độ biến thiên điện áp = 1000 V/s dt -Thời gian chuyển mạch : t cm= 180 µs -Nhiệt độ làm việc cho phép : Tmax =125 o C IV . TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP CHỈNH LƯU: Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆∕Y, làm mát tự nhiên bằng không khí. THÔNG SỐ CƠ BẢN : 1/Điện áp các cuộn dây: Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: U1 = 380 (V) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: Phương trình cân bằng điện áp khi có không tải: Udo.cos α min = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆Uba Trong đó: Ud : Điện áp chỉnh lưu. αmin = 10° : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ∆Uv = 1,8 (V) : sụt áp trên Thyristor ∆Udn ≈ 0 : sụt áp trên dây nối ∆Uba = ∆Ur + ∆Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp Sơ bộ ∆Uba = 5% . Ud = 220×5% = 11 (V) U d + 2.∆Uv + ∆U dn + ∆U ba 220 + 2 ×1,8 + 0 + 11 Suy ra Udo= = =238,22 (V) cos α min cos10o U do 238, 22 Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2f = = = 203,6(V) Ku 1,17 2/Dòng điện các cuộn dây: Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 18
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG 1 2 I2 = . Id = × 59,5 = 48,58 (A) 3 3 Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: U2 203, 6 I1 = kBA . I2 = ×I2 = ×48,58 = 26,03 (A) U1 380 TÍNH SƠ BỘ MẠCH TỪ : 3/Tiết diện sơ bộ trụ QFe : Sba QFe = kQ m. f Trong đó: Sba : Công suất biến áp. kQ : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6 (biến áp khô) m : Số pha máy biến áp (m=3) f : tần số nguồn điện xoay chiều.(f = 50hz) Công suất biến áp nguồn cấp được tính : Sba = kS . Pdmax = kS×Udo×Id = 1,345 × 238,22 × 59,5 = 19064,15 (W) Trong đó : ks : Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực(ks = 1,345) Pdmax : Công suất cực đại của tải [W] 19064,15 = 67,64 (cm2) Suy ra: QFe = 6. 3 × 50 4/Đường kính trụ : 4.QFe ⇒ d Fe = =9,28 (cm) π Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 9 (cm) 5/Chọn loại thép: Ta chọn loại thép ∃ 330, các lá thép có độ dày 0,5 (mm). Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B = 1 Tesla h 6/Chọn tỷ số : m = = 2,3 (m = 2 – 2,5) d Fe ⇒ h = 2,3×dFe = 2,3×9 = 20,7 (cm) Suy ra : chọn chiều cao trụ là 21 (cm) TÍNH TOÁN DÂY QUẤN : 7/Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp: U1 380 W1 = = = 253,06(vòng) 4, 44 × 50 × 1× 67, 64.10−4 4, 44. f .B.QFe Trong đó : B : Từ cảm (B=1) Chọn W1 = 253 (vòng) 8/Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp: U2 203, 6 W2 = ×W1 = × 253 = 135,55 (vòng) U1 380 Chọn W2 = 136 (vòng) 9/Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô : J = 2÷2,75[A/mm2] ⇒ Chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2) Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 19
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG 10/Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: I1 26, 03 = 9,46 (mm2) S1 = = J1 2, 75 Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 9,51(mm2) Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Kích thước dây có kể cách điện: S1 cd = a1 . b1 = 2,63 . 3,80 (mm) 11/Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: I1 26, 03 = 2,74 (A/mm2) J1 = = S1 9,51 12/Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp: I2 48,58 = 17,66 (mm2) S2 = = J2 2,75 Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2 = 17,70 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Kích thước dây có kể cách điện: S2 cd = a2 . b2 = 1,95 .9,30(mm) 13/Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: I2 34,51 = 2,74 (A/mm2) J2 = = S2 17, 7 KẾT CẤU DÂY DẪN SƠ CẤP : Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục. 14/Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp: h − 2hg 21 − 2 × 1,5 W1l = . kc = . 0,95 = 45 (vòng) 0,38 b1 Trong đó : h - chiều cao trụ hg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp hg = 1,5 (cm) Kc - hệ số ép chặt kc = 0,95 15/ Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp: W1 253 = 5,62 (lớp) n1l = = W1l 45 16/Chọn số lớp n1l =6 lớp Như vậy 253 vòng chia thành 6 lớp,5 lớp đầu mỗi lớp có 42 vòng, l ớp th ứ 6 có 43 vòng 17/ Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp: Wl1 × b1 45 × 0,38 h1 = = = 18 (cm) kc 0,95 18/ Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày : S01 = 0,1 (cm) 19/ Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp: cd01 = 1,0 (cm) 20/ Đường kính trong của ống cách điện: D1 = dFe + 2×cd01 – 2×S01 = 9 + 2×1 – 2×0,1 = 10,8 (cm) 21/ Đường kính trong của cuộn sơ cấp: Dt1 = D1 + 2 × S01 = 10,8 + 2 × 0,1 = 11 (cm) 22/ Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1 (mm) 23/ Bề dày cuộn sơ cấp: Bd1 = (a1 + cd11)×n1l = (0,263 + 0,1)×6= 1,638 (cm) 24/ Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: Dn1 = Dt1 + 2×Bd1 = 11 + 2 . 1,638 = 14,27 (cm) 25/ Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp : Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 20
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Chương 2_ Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
13 p | 1388 | 707
-
Chương 3: Thiết kế mạch chỉnh lưu điều khiển động cơ điện một chiều
6 p | 938 | 408
-
Thiết kế mạch chỉnh lưu điều khiển động cơ điện một chiều, chương 1
6 p | 733 | 282
-
Đồ án môn học: Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển động cơ điện một chiều
59 p | 669 | 278
-
Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
16 p | 594 | 269
-
Thiết kế mạch chỉnh lưu điều khiển động cơ điện một chiều, chương 2
6 p | 688 | 268
-
Đồ án môn học: Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha - động cơ điện một chiều có đảo chiều
45 p | 534 | 263
-
Động cơ điện một chiều và các phương pháp điều khiển tốc độ
67 p | 419 | 185
-
Thiết kế mạch chỉnh lưu điều khiển động cơ điện một chiều, chương 7
5 p | 352 | 156
-
GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
85 p | 284 | 153
-
Thiết kế mạch chỉnh lưu điều khiển động cơ điện một chiều, chương 6
6 p | 298 | 139
-
HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CÁC BỘ CHỈNH LƯU
39 p | 243 | 117
-
Đồ án: Điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều
40 p | 204 | 111
-
Đồ án Mạch và thiết bị điện tử: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
10 p | 195 | 83
-
Bài giảng Chương 10: Máy điện một chiều
27 p | 57 | 29
-
Động cơ điện một chiều và vấn đề điều khiển tốc độ của động cơ điện một chiều
63 p | 44 | 22
-
Thực hành xây dựng sơ đồ dây quấn động cơ điện xoay chiều ba pha - TS. Bùi Văn Hồng
22 p | 11 | 8

markdown:
# CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.
Chia sẻ: Pham Quoc Anh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:49
![](images/blank.gif)
![](images/blank.gif)
lượt xem 256
download
![](http://image1.tailieu.vn/document/thumbnail/2011/20110912/roon171/80x100/copyright_do_an_dtcs_cua_tam_7612.jpg)
##
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.
[Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ](javascript:void(0);)
Download
![](images/down16x21.png)
Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha: Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Yo, 3 pha Thyristor nối với tải như hình 1.1. Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu: +Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính. +Khi biến áp đấu hình sao (Y)trên mỗi pha A,B,C nối một van.
![](images/graphics/blank.gif)
Bình luận(0)
[Đăng nhập để gửi bình luận!](javascript:void(0);)
##
Nội dung Text: CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. ---- ---- A. TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA: 1.Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha : T1 A a B T2 b C T3 c L R E Hình 1.1: Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha Hình 1.2 : Sơ đồ dạng sóng tia 3 pha Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 1
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha: Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Yo, 3 pha Thyristor nối với tải như hình 1.1. Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu: +Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính. +Khi biến áp đấu hình sao (Y)trên mỗi pha A,B,C n ối m ột van.3 catod đ ấu chung cho điện áp dương của tải ,còn trung tính biến áp, sẽ là điện áp âm. Ba pha này d ịch góc 120 o theo các đường cong điện áp pha ,có điện áp c ủa 1 pha d ương h ơn đi ện áp c ủa 2 pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kì . +Nếu có các Thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải d ương h ơn pha kia. Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên. Góc mở tự nhiên: +Góc mở α được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ âm đến 0 (từ đóng sang khoá) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào. +Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây. +0 ≤α <π − γ − µ γ : góc dẫn Trong đó : µ: góc chuyển mạch 2.Nguyên lý hoạt động : a). Xét khi góc mở α = 0: u Vc Vb Va E θ i1 E θ i2 E θ i3 E θ id θ θ1 θ4 θ2 θ3 Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 2
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG - Điện áp pha thứ cấp máy biến áp v a = 2u 2 sin θ vb = 2u2 sin ( θ − 2π / 3) vc = 2u2 sin ( θ + 2π / 3) - Qua hình trên ta thấy: • Lúc θ1 < θ < θ 2 → v a > v b > v c . v a có giá trị lớn nhất nên T1 mở cho dòng chạy qua T2; v −E T3 khoá i 1 = a R θ 2 < θ < θ 3 → v b > v c > v a . v b có giá trị lớn nhất nên T 2 mở cho dòng chạy qua T 1; • Lúc v −E T3 khoá i 2 = b R v −E • Lúc θ 3 < θ < θ1 . v c > v a > v b , T3 mở; T1, T2 khoá; i 3 = c R Trong đó: R: điện trở của động cơ. E: suất điện động phản kháng của động cơ. u −E Id = d R Dòng trung bình: I 1 5π 6 ∫π 6 I d .dθ = 3d I1 = I 2 = I 3 = 2π b). Xét khi góc mở α ≠ 0 : Giả thiết tải : R, L,Eu , chuyển mạch tức thời. Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp: u1 = U m sin θ 2π u 2 = U m sin(θ − ) 3 2π u3 = U m sin(θ + ) 3 *Nhịp V1: khoảng thời gian từ θ1 → θ 2 . Tại θ 1 điện áp đặt lên u1 > 0, có xung kích khởi: T1 mở, khi đó: u v1 = 0 u v 2 = u 2 − u1 < 0 u = u − u < 0 v3 3 1 T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này: +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1 : ud = u1 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: id = Id = i1 +Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2 = i3 = 0 Trong nhịp V1: uV2 từ âm chuyển lên 0, khi uV2 = 0 thì T2 mở, lúc này uV1 = u1 – u2 = 0 và bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2. *Nhịp V2: từ θ 2 → θ3 Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 3
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG u v 2 = 0 u v1 = u1 − u 2 Lúc này : u = u − u v3 3 2 T2 mở, T1, T3 đóng. +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: ud = u2 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2: id = Id = i2 +Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i1 = i3 = 0 Trong nhịp V 2: uV3 từ âm chuyển lên 0, khi u V3 = 0 thì T3 mở, lúc này uV2 = u2 – u3 = 0 và bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3. *Nhịp V3: từ θ3 → θ 4 uv 3 = 0 uv1 = u1 − u3 Lúc này : u = u − u v2 2 3 T3 mở, T1, T2 đóng. +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3: ud = u3 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 3: id = Id = i3 +Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i1 = i2 = 0 Trong nhịp V 3: uV1 từ âm chuyển lên 0, khi u V1 = 0 thì T1 mở, lúc này uV3 = u3 – u1 = 0 và bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1. Trong mạch ,dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, t ải thu ần tr ở dòng đi ện i d cùng dạng sóng ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện càng trở nên bằng phẳng hơn, khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id = Id . Trị trung bình của điện áp tải: 5π +α 6 2 3 6U 2 ∫ 2.U 2 .sin θ .dθ = .cos α = 1,17U 2cosα . Ud = 3π 2π π +α 6 Trong đó : α : Góc mở Thyristor. Trùng dẫn: e a = 2 .U 2 . sin θ 2π eb = 2 .U 2 . sin(θ − ) 3 2π ec = 2.U 2 .sin(θ + ) 3 Giả sử T1 đang cho dòng chạy qua, iT1 = Id. Khi θ = θ 2 cho xung điều khiển mở T2. Cả 2 Thyristor T1 và T2 đều cho dòng chảy qua làm ngắn mạch 2 nguồn e a và eb. Nếu chuyển gốc toạ độ từ θ sang θ 2 ta có: 5π e a = 2 .U 2 . sin(θ + + α) 6 π eb = 2 .U 2 . sin(θ + + α ) 6 Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 4
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG Điện áp ngắn mạch: U c = eb − e a = 2 .U 2 . sin(θ + α ) Dòng điện ngắn mạch được xác định bởi phương trình: di c 6 .U 2 . sin(θ + α ) = 2. X c . dt Do đó: 6 .U 2 .[ cos α − cos(θ + α )] ic = 2. X c Nguyên tắc điều khiển các Thyristor : Khi anod của Thyristor nào d ương h ơn Thyristor đó mới được kích mở. Thời điểm của 2 pha giao nhau đ ược coi là góc thông t ự nhiên của các Thyristor. Các Thyristor chỉ được mở với góc mở nhỏ nhất . Tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có 1 Thyristor dẫn ,như vậy dòng đi ện qua t ải liên t ục, mỗi t dẫn trong 1/3 chu kì.còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn của các Thyristor nhỏ hơn .Tuy nhiên, trong cả 2 TH dòng điện trung bình c ủa các Thyristor đ ều b ằng 1/3 Id .trong khoảng thời gian Thyristor dẫn dòng điện của Thyristor bằng dòng đi ện t ải. Dòng điện Thyristor khoá = 0. Điện áp Thyristor phải chịu bằng đi ện dây gi ữa pha có Thyristor khoá với pha có Thyristor đang dẫn. Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc vào góc mở Thyristor . +Nếu α ≤ 30 → Ud , Id liên tục. +Nếu α > 30 → Ud , Id gián đoạn Ud Id T2 α Ud Id t 0 t1 t2 t3 t4 I1 t I2 t I3 t UT1 t Hình 1.3: Giản đồ đường cong khi α= 30o tải thuần trở Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 5
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG Ud T2 Ud Id α Id t 0 I1 t I2 t I3 t UT1 t Hình 1.4 :Giản đồ đường cong khi góc mở α= 60o Nhận xét : So với chỉnh lưu 1 pha: +Chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện một chiều tốt hơn. +Biên độ điện áp đập mạch tốt hơn. +Thành phần sóng hài bậc cao bé hơn . +Việc điều khiển các van bán dẫn cũng tương đối đơn giản hơn. Dòng điện mỗi cuộn thứ cấp là dòng điện 1 chiều ,do biến áp 3 pha 3 trụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn. Khi chế tạo biến áp động lực, các cuộn dây thứ cấp phải đấu sao(Y) ,có dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì dây trung tính chịu dòng tải. Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 6
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG 3. Tổng quan về Thyristor : a) Cấu tạo: Là dụng cụ bán dẫn gồm 4 lớp bán đẫn loại P và N ghép xen kẽ nhau và có 3 c ực anốt, catốt và cực điều khiển riêng G . + + + A K P1 + N1+ P2 + N2 + + + J3 E J2 J1 i G Hình 1-5 A K Kí hiệu : G b) Nguyên lý hoạt động : Khi Thyristor được nối với nguồn một chiều E > 0 tức cực dương đặt vào an ốt c ực âm đặt vào catốt, thì tiêp giáp J 1, J3 được phân cực thuận còn miền J2 phân cực ngược, gần như toàn bộ điện áp được đặt lên mặt ghép J 2, điện trường nội tại E1 của J2 có chiều từ N1 hướng tới P2. Điện trường ngoài tác động cùng chi ều với E 1, vùng chuyển tiếp là vùng cách điện càng được mở rộng ra, không có dòng điện ch ạy qua tiristor m ặc dù nó được đặt dưới 1 điện áp dương. +Mở Thyristor : Nếu cho một xung điện áp dương U g tác động vào cực G (dương so với K ) thì các electron từ N2 chạy sang P2. Đến đây một số ít trong chúng chảy về nguồn Ug và hình thành dòng điều khiển Ig chảy theo mạch G1 - J3 - K - G , còn phần lớn điện tử dưới sức hút cuả điện trường tổng hợp của mặt J2 lao vào vùng chuyển tiếp này chúng được tăng tốc do đó có động năng rất lớn sẽ bẻ gảy các liên k ết gi ữa các nguyên t ử Si, tạo nên các điện tử tự do mới. Số điện tử này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si khác trong vùng chuyển tiếp. Kết quả của các phản ứng dây chuyền này làm xu ất hi ện càng nhiều điện twr chạy vào vung N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng đẫn điện ào ạt làm cho J 2 trở thành mặt ghép dẫn điện bắt đầu từ một diểm nào đó ở sung quanh cực rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc đ ộ lan truyền kho ảng 1m/100µs - Một trong những biện pháp đơn giản nhất để mở Thyristor được trình bày trên hình vẽ. +E . Khi đóng mở K, nếu Ig > Igst thì T mở ( Ig ≈ (1,1 Rt ÷ 1,2 ). Igst ) R1 E G= (1,1 − 1,2) I gst T K Ig : Giá trị dòng điều khiển ghi trong sổ tay tra cứu Thyristor R2 R2 = 100÷ 1000(Ω ) -E Hình 1-6a Có thể hình dung như sau : Khi dặt Thyristor ở UAK > 0 thì Thyristor ở tình trạng sẵn sàn mở cho dòng chảy qua, nhưng nó còn đợi tín hiệu Ig ở cực điều khiển, nếu Ig > Igst thì Thyristor mở. +Khoá Thyristor : Một khi Thyristor đã mở thì tín hiệu thì tín hi ệu I g không còn tác dụng nữa. Để khoá Thyristor có 2 cách : Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 7
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG . Giảm dòng điện làm việc I xuống giá trị dòng duy trì Idt . Đặt một điện áp ngược lên Thyristor UAK < 0, hai mặt J1, J3 phân cực ngược, J2 phân cực thuận. Những điện tử trước thời điểm đảo cực tính UAK < 0 đang có mặt tại P1, N1, P2, bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dòng điện ngược chảy từ Cat ốt v ề An ốt và v ề c ực âm của nguồn điện áp ngoài. +E +E R Rt1 Rt2 C C A B T2 T T1 K Hình 1-6b Hình 1-6c - Lúc đầu quá trình từ t0→ t1, dòng điện ngược khá lớn, sau đó J1, J3 trở nên cách điện. Còn một ít điện tử được giủ lại giữa hai mặt ghép, hiện tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết và J2 khôi phục lại tính chất của mặt ghép điều khiển. - Thời gian khoá toff được tính từ khi bắt đầu xuất hiên dong đi ện ngược bằng 0 (t 2) đây là thời gian mà sau đó nếu đặt điện áp thuận lên Thyristor thì Thyristor v ẫn không mở, toff kéo dài khoảng vài chục αs. Trong bất kỳ trường hợp nào cũng không được đặt tiristor dưới điện áp thuận khi Thyristor chưa bị khoá nếu không sẽ có nguy cơ gây ngắn mạch nguồn. Trên sơ đồ hình (b), việc khoá Thyristor bằng điện áp ngược được thực hiện bằng cách đong khoá K. còn sơ đồ (c) cho phép khóa Thyristor m ột cách t ự đ ộng. Trong mạch hình (c) khi mở Thyristor này thì tiristor kia sẽ khoá lại. Giả thuyết cho m ột xung điện áp dương đặt vào G 1→T1 mở dẫn đến xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch : +E - R1-T1 - -E,còn dòng thứ 2 chảy theo mạch +E - R2 -T1- -E. - Tụ C được nạp điện đến giá trị E, bản cực dương ở B, bản cực âm ở A. Bây gi ờ nếu cho một xung điện áp dương tác động vào G2→T2 mở nó sẽ đặt điện thế điểm B vào catốt của T1. Như vậy là T1 bị đặt dưới điện áp Uc = -E và T1 bị khoá lại. -T2 mở lại xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch : + E - R 1-C - T2 - -E. Còn dòng thứ hai chảy theo mạch : +E - R2 - T2 - -E. - Tụ C được nạp ngược lại cho đến giá trị E, chuẩn bị khoá T2 khi ta cho xung mở T1 c) Điện dung của tụ điện chuyển mạch : - Trong sơ đồ hình (b), (c) một câu hỏi được đặt ra là : T ụ đi ện C ph ải có giá tr ị b ằng bao nhiêu thì có thể khoá được Thyristor ? → Như đã nói ở trên khi T1 mở cho dòng chảy qua thì C được nạp điện đến giá trị E. bản cực “+” ở phía điểm B. tại thời điểm cho xung m ở T 2 (cả 2 Thyristor điều mở), ta có phương trình mạch điện. du E = i.R1 + U c với i = C c dt du Nên E = C.R1 c + U c dt Viết dưới dạng toán tử Laplace : P = C.R1 { P.[U c ( p ) − U c ( 0 ) ]} + U c ( p ) E Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 8
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG Q.E 1 U c ( 0 ) = − E nên U c ( p ) = với a = Vì p( p + a ) R1 .C ( ) U ( t ) = E 1 − 2.e − at = U c T 1 . Thời gian t là khoảng thời gian kể Từ đó ta có : off từ khi mở T2 cho đến khi UT1 bắt đầu trở thành dương, vậy ta có : t off ( ) E 1 − 2.e − a.toff = 0 → t off = 0,693.R1C hoặc C = 0,693.R1 1,44.I .t off E sẽ nhận được C = R1 = I E toff :µ ; I : Ampe ; E : Volt ; C : µF d) Đặt tính Volt - Ampe của Thyristor : Ia III II IH Ung I0 U I Uth Uch Ing IV Hình 1-7 Đoạn 1 : Ứng với trạng thái khoá của Thyristor, chỉ có dòng điện rò chảy qua Thyristor khi tăng U lên đến Uch (điện áp chuyển trạng thái ), bắt đầu quá trình tăng nhanh chống của dòng điện. Thyristor chuyển sang trạng thái mở. Đoạn 2 : Ứng với giai đoạn phân cực thuận của J 2. Trong giai đoạn này mỗi lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với mọt lượng giảm lớn c ủa đi ện áp đ ặt lên Thyristor, đoạn này gọi là đoạn điện trở âm. Đoạn 3 : Ứng với trạng thái mở của Thyristor. Khi này cả 3 mặt ghép đã trở thàng đẫn điện. Dòng chảy qua Thyristor chỉ còn bị hạn chế bởi điện trở mạch ngoài. Điện áp rãi trên Thyristor rất lớn khoảng 1V. Thyristor được giử ở trạng thái mở chừng nào I còn lớn hơn dòng duy trì IH. Đoạn 4 : Ứng với trạng thái Thyristor bị đặt dưới điện áp ngược. Dòng điện rất lớn, khoảng vài chục mA. Nếu tăng U đên U ng thì dòng điện ngược tăng lên nhanh chống, m ặt ghép bị chọc thủng, Thyristor bị hỏng. Bằng cách cho I g lớn hơn 0 sẽ nhận được đặt tính Volt - Ampe với các Uch nhỏ dần đi. Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 9
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG B: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP. I. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU : Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghi ệp,giao thông v ận tải và nói chung trong các thiết bị cần điều chỉnh tốc đ ộ quay liên t ục trong m ột ph ạm vi rộng. Máy điện một chiều có thể làm việc cả hai chế độ máy phát và động c ơ. Khi máy làm việc ở chế độ máy phát công suất đầu vào là công suất c ơ còn công su ất đ ầu ra là công suất điện. Động cơ quay roto máy phát điện m ột chiều có thể là turbine gas, đ ộng c ơ điesel hoặc là động cơ điện. Khi máy điện một chiều làm việc ở chế độ đ ộng c ơ, công suất đầu vào là công suất điện còn công suất đầu ra là công suất cơ. Cả hai chế độ làm việc, dây quấn đông cơ điện một chiều đều quay trong từ tr ường và có dòng điện chạy qua. SĐĐ phần ứng động cơ điện một chiều tính theo công thức: Eư = kE Φ n = kM Φω Mômen điện từ tính theo công thức M = kM Φ Iư Phương trình cân bằng điện áp của động cơ : U = Eư + Rư * Iư II. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU : 1.Phần tĩnh hay stato : Đây là một phần đứng yên của máy . Phần tĩnh gồm các bộ phận tĩnh sau: a).Cực từ chính : Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây qu ấn kích t ừ lồng ngoài lõi sắt cực từ . Lõi sắt c ục từ làm bằng nh ững lá thép k ỹ thu ật đi ện hay thép cácbon dày 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt . Trong máy điện nhỏ có thể làm bằng thép khối . Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông .Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành m ột kh ối và t ẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ . Các cuộn dây kích từ đặt trên các c ực t ừ này được nối nối tiếp với nhau. b).Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thi ện đ ổi chi ều . Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính .Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ những bulông. c).Gông từ : Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ , đồng thời làm vỏ máy . trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại , Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc . Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy . d).Các bộ phận khác : Các bộ phận khác gồm có : -Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây qu ấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện . Trong máy đi ện nh ỏ và v ừa , n ắp máy còn có tác dụng làm giá đở ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang. -Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài . Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì ch ặt lên cổ góp . Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá . Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ . Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại. 2.Phần quay rotor : Phần quay gồm có những bộ phận sau : Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 10
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG a).Lõi sắt phần ứng : Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ .Thường dùng những tấm thép kỷ thuật đi ện (thép hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để gi ảm hao t ổn do dòng điện xoáy gây nên .Trên lá thép có dập hình dạng rãnh đ ể sau khi ép l ại thì đ ặt dây quấn vào. b).Dây quấn phần ứng : Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng đi ện chạy qua .Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách đi ện . Trong máy đi ện nh ỏ (công suất dưới vài kW ) thường dùng dây có tiết diện tròn . Trong máy điện vừa và lớn , thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật . Dây quấn được cách đi ện cẩn th ận v ới r ảnh c ủa lõi thép . c. Cổ góp : Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều ) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều . d).Các bộ phận khác : -Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy . -Trục máy : Trên đó đặt lõi sắt phần ứng , cổ góp cánh quạt và ổ bi . Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt . 3.Các trị số định mức: Chế độ làm việc định mức của máy điện một chiều là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định.Chế độ đó đươc đặc trưng bằng nh ững đ ại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định m ức . Trên nhãn máy th ường ghi những đại lượng sau : Công suất định mức: Pđm (KW hay W); Điện áp định mức: Uđm (V); Dòng điện định mức: Iđm (A); Tốc độ định mức: nđm (vg/ph). Ngoài ra còn ghi kiểu máy , phương pháp kích từ , dòng đi ện kích t ừ và các s ố li ệu về điều kiện sử dụng . III. PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU : Quan hệ giửa tốc độ và mômen động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ : ω = f(M) hoặc n = f(M). Quan hệ giửa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất: ωc= f(Mc) hoặc nc= f(Mc). Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử d ụng đ ặc tính cơ điện. đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giửa tốc độ và dòng điện trong m ạch đ ộng cơ: ω = f(I) hoặc n = f(I). Trong phạm vi của đề tài này chỉ xét đến đặc tính c ơ c ủa động c ơ điện m ột chiều kích từ độc lập. 1. Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ hình (1-5) ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau: Uư Uư = Eư + (Rư +Rf)Iư ( 1-1) Trong đó:Uư - điện áp phần ứng, (V) Rf Eư - sức điện động phần ứng,(V) E Rư - điện trở của mạch phần ứng, (Ω ) Rf - điện trở phụ trong của mạch phần ứng, (Ω ) RKT CKT Với: Rư = rư + rcf + rb + rct Trong đó: rư - điện trở cuộn dây phần ứng. IKT rcf - điện trở cuộn cực từ phụ. UKT Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 11 Hình 1-5
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG rb- điện trở cuộn bù. rct- điện trở tiếp xúc chổi than. Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức: pN φω = kφω Eư = (1-2) 2πa Trong đó: p - số đôi cực từ chính. N - số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng. A - số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng. φ - từ thông kích từ dưới một cực từ. ω - tốc độ góc,rad/s. pN - hệ số cấu tạo của động cơ. k= 2πa Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: Eư = Ke.φn (1-3) 2π n n = ω= Với: 60 9,55 pN φn Vì vậy: Eư= 60a pN là hệ số sức điện động của động cơ . Ke = 60a K ≈ 0.105K Ke = 9,55 Từ (2-1) và (2-2) ta có: R + R f U = − I (1-4) KΦ KΦ Biểu thức (1-4) là phương trình đặc tính cơ điện của đông cơ. Mặt khác, mômen điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi: Mđt= Kφ Iư (1-5) M dt Suy ra: Iư = . KΦ Thay giá trị Iư vào (2-4) ta được: R + R f U − M dt = (1- 6) KΦ ( KΦ ) 2 Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen c ơ trên tr ục đ ộng c ơ b ằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là Mđt= Me= M. Khi đó ta được: R + R f U − M = (1-7) KΦ ( KΦ ) 2 Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông φ = const, thì cá phương trình đặc tính cơ điện (1- 4) và phương tình đặc tính cơ (1-7) là tuyến tính. Đ ồ th ị c ủa chúng được biểu điển trên hình (1-2) là những đường thẳng. Theo các đồ thị trên, khi Iư= 0 hoặc M = 0 ta có: U = = ωo (1-8) KΦ ω0: gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 12
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG U = I nm Còn khi ω = 0 ta có: Iư = (1-9) R + R f Và M = KφInm = Mnm Inm, ω0 ω ω ω0 ωđm ωđm I I Mđm M Iđm Inm nm a. Đặc tính cơ điện của động cơ b. Đặc tính cơ của động cơ điện điện một chiều kích từ độc lập một chiều kích từ độc lập Hình 1-6 Inm,Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch. Mặt khác từ phương trình đặc tính (1-4) và (1-7) cũng có thể được viết dưới dạng: U RI = ω o − ∆ω = − (1-10) K Φ KΦ U RM = ω o − ∆ω − = K Φ ( KΦ ) 2 U = KΦ R R ∆ω = I = M : gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M. KΦ ( KΦ ) 2 2.Xét các ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ: Từ phương trình đặc tính cơ (2-7) ta thấy có ba tham số ảnh h ưởng đ ến đặc tính c ơ: Từ thông động cơ φ, điện áp phần ứng Uư, 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 rằng Uư=Uđm= Const và φ = φđm=const. Muốn thay đôi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R f vào mạch phần ứng. ω0 Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng: TN(Rn) U dm = const o = Rf1 KΦ *dm Rf2 Độ cứng đặc tính cơ: ∆M ( KΦ ) 2 β= =− = var RM ∆ω R + R f Mc f3 Khi Rf càng lớn β càng nhở nghĩa là Rf4 đặc tính cơ càng dốc. Hình 1-7 Ưng với Rf=0 ta có đặc tính cơ tự nhiên: ( KΦ dm ) 2 β TN = − (1-11) R βTN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất c ả cá đ ường đ ặc tính có điện trở phụ. Như vậy khi thay đổi điện trở R f ta được một họ đặc tính biến trở Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 13
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG như hình (2-5) ứng với mổi phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch củng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và đi ều chỉnh tốc đ ộ đ ộng c ơ phía dưới tốc độ cơ bản. b).Ảnh hưởng của điện áp phần ứng: Giả thiết từ thông φ = φđm= const, điện trở phần ứng Rư = const. Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm, ta có: ω ω0 Tốc độ không tải: Ux ω 01 Uđm ωox = = var KΦdm ω 02 U1 ω 03 U2 Độ cứng đặc tính cơ: ω 04 ( KΦ ) 2 U3 β =− = const M(I) R U4 Mc Hình 1-8 Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động c ơ ta đ ược m ột h ọ đ ặc tính cơ song song như trên (Hình 2-4). Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn m ạch, dòng đi ện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ củng giảm ứng với một phụ tải nhất đ ịnh. Do đó phương pháp này củng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động c ơ và h ạn ch ế dòng điện khi khởi động. c).Ảnh hưởng của từ thông : Giả thiết điện áp phần ứng U ư= Uđm= const. Điện trở phần ứng Rư = const. Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ. Trong trường hợp này: U dm = var Tốc độ không tải : ox = KΦ x ( KΦ x ) 2 β= − = var Độ cứng đặc tính cơ : R Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông giảm thìω0x tăng, còn β giảm ta có một họ đặc tính cơ với ω0x tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông. Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông: ω ω 02 ω 02 φ φ2 ω 01 φ 1 2 ω 01 φ1 ω0 φ đm Mc φ đm 0 M TN 0 MC Inm a. Đặc tính cơ điện của động cơ điên một b. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm tư thông chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông Hình 1-9 U dm = const Dòng điên ngắn mạch: Inm = R Mnm=KφxInm=Var Mômen ngắn mạch: Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 14
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG Các đặc tính cơ điện và đặc tính của động cơ khi giảm từ thông đ ược bi ểu di ễn ở hình (1-9)a. Với dạng mômen phụ tải M c thích hợp với chế độ làm việc của động cơ khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên, như ở hình (1-9)b. IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP : 1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ: Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện áp trên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay đổi. Đ ể tránh nh ững bi ến đ ộng l ớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc đ ộ b ằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ m ột chi ều kích t ừ độc lập. Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các b ộ ngu ồn đi ều áp nh ư: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… Các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chi ều và đi ều chỉnh giá tr ị sức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: R +Rf U −u n= M K E Φ K E K M Φ2 Ta có tốc độ không tải lý tưởng: no = Uđm/KEΦđm. Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ nên được dùng nhi ều trong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb. * Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có th ể đi ều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng. * Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên v ốn đ ầu t ư c ơ bản và chi phí vận hành cao. 2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông: •- +• U Iư DM Đ • CKĐ RKĐ - + • • UKT Hình 1-10 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông. Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment đi ện từ của động cơ M = KMφIư và sức điện động quay của động cơ. Eư = KEφn. Thông thường, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng được gi ữ nguyên giá trị định mức. Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trung bình, người ta thường sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi từ thông do tổn hao công suất nhỏ. Đối với các máy điện công suất lớn thì dùng các bộ bi ến đổi đ ặc bi ệt nh ư: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến đổi van… Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông. Nếu tăng từ thông thì dòng điện kích từ IKT sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ. Do đó, để đi ều ch ỉnh t ốc đ ộ ch ỉ có th ể Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 15
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông so với định m ức. Ta th ấy lúc này t ốc đ ộ tăng lên khi từ thông giảm: n = U/KEΦ. Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép. Khi đi ều ch ỉnh t ốc đ ộ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ không thể đổi chi ều dòng đi ện và chịu được hồ quang điện. Do đó, động cơ không được làm việc quá tốc độ cho phép. Nhận xét: Do quá trình điều chỉnh tốc độ được thực hi ện trên m ạch kích t ừ nên t ổn thất năng lượng ít, mang tính kinh tế, thiết bị đơn giản. 3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng: Trong phương pháp này điện trở phụ được mắc nối tiếp với mạch phần ứng c ủa đ ộng cơ theo sơ đồ nguyên lý như sau: Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên m ạch phần ứng được giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc đ ộ n 1 ta đóng thêm Rf vào mạch phần ứng. Khi đó dòng điện phần ứng I ư đột ngột giảm xuống, còn tốc độ động cơ do quán tính nên chưa kịp biến đổi. Dòng I ư giảm làm cho moment động cơ giảm theo và tốc độ giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n2 với n2 > n1. Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < ncb. Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm. Đồng thời dòng đi ện ngắn m ạch In và moment ngắn mạch M n cũng giảm. Do đó, phương pháp này được dùng để hạn ch ế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản. Và tuyệt đối không được dùng cho các động cơ của máy cắt kim loại. - + U • • Iư • Rf E • CK RK + - • • UKT Hình 1-11: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng. * Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cho c ần tr ục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép. * Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ đóng vào càng l ớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn định tốc độ khi ph ụ tải thay đ ổi càng kém. Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng tăng. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 16
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG II :TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC : ---- ---- A. SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC: T1 A i1 a T2 B i2 b T3 i3 C c ĐM LK id Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực B. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG : -Bộ biến đổi Thyristor có nhiệm vụ biến dòng đi ện xoay chi ều c ủa l ưới thành dòng điện một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ. Nó có thể đi ều khiển suất đi ện động b ộ biến đổi nên có khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ. -Trong bộ biến đổi Thyristor : máy Biến áp lực có nhiệm v ụ biến đ ổi đi ện áp l ưới cho phù hợp với điện áp cung cấp cho động cơ , tạo điểm trung tính , tạo pha cho ch ỉnh l ưu nhiều pha,hạn chế biên độ dòng ngắn mạch,giảm di/dt < di/dt cp nhằm bảo vệ van…. -Hệ thống Thysitor : nắn dòng cho phù hợp với động cơ. -Bộ điều khiển dùng làm biến thiên góc α ,do đó biến thiên Uö dẫn đến thay đổi ω -Bộ lọc gồm tụ điện Co và cuộn kháng L nhằm lọc các thành phần sóng hài bậc cao sao cho K sb < K sb cp ,với K sb cp phụ thuộc yêu cầu của tải. C. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN MẠCH ĐỘNG LƯC : I . TÍNH CHỌN THYRISTOR: 1/ Điện áp ngược của van: Ulv = knv .U2 U d 220 Với U2 = = =188,03 (V) ku 1,17 Trong đó: Ud : Điện áp tải của van U2 : Điện áp nguồn xoay chiều của van ku : Hệ số điện áp tải (Tra bảng 1.1: ku = 1,17) knv : Hệ số điện áp ngược (Tra bảng 1.1:knv = 6 ) Ulv : Điện áp ngược của van. Ulv = 6 ×188,03 = 460,58 (V) Để chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van c ần ch ọn ph ải lớn hơn điện áp làm việc. Unv = kdt u . Ulv = 1,8 × 460,58 = 829,04 (V) Trong đó: kdt u : hệ số dự trữ ( kdt u =1,5÷ 1,8) Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 17
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG 2/ Dòng điện làm việc của van: Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van Ilv = Ihd Dòng điện hiệu dụng Ihd = khd . Id =0,58 × 59,5 = 34,51 (A) Trong đó: khd : Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng.(khd =0,58) Ihd : Dòng điện hiệu dụng của van. Id : Dòng điện tải. Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là: có cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc tới 40% Idm v. Idm v = ki . Ilv = 1,4×34,51 = 48,314 (A) Trong đó: Ki : hệ số dự trữ dòng điện. ki=(1,1÷1,4) Vậy thông số van là: Unv = 829,04 (V) Idm v = 48,314 (A) Chọn Thyristor loại T60N1000VOF với các thông sô định mức: (Tra bảng p2) -Dòng điện định mức của van: Idm = 60 (A) -Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 1000 (V) -Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 1400(A) -Điện áp của xung điều khiển: Uđk = 1,4 (V) -Dòng điện của xung điều khiển: Iđk = 150 (mA) -Dòng điện rò: Ir = 25 (mA) -Độ sụt áp trên van: ∆U = 1,8 (V) du -Tốc độ biến thiên điện áp = 1000 V/s dt -Thời gian chuyển mạch : t cm= 180 µs -Nhiệt độ làm việc cho phép : Tmax =125 o C IV . TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP CHỈNH LƯU: Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆∕Y, làm mát tự nhiên bằng không khí. THÔNG SỐ CƠ BẢN : 1/Điện áp các cuộn dây: Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: U1 = 380 (V) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: Phương trình cân bằng điện áp khi có không tải: Udo.cos α min = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆Uba Trong đó: Ud : Điện áp chỉnh lưu. αmin = 10° : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ∆Uv = 1,8 (V) : sụt áp trên Thyristor ∆Udn ≈ 0 : sụt áp trên dây nối ∆Uba = ∆Ur + ∆Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp Sơ bộ ∆Uba = 5% . Ud = 220×5% = 11 (V) U d + 2.∆Uv + ∆U dn + ∆U ba 220 + 2 ×1,8 + 0 + 11 Suy ra Udo= = =238,22 (V) cos α min cos10o U do 238, 22 Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2f = = = 203,6(V) Ku 1,17 2/Dòng điện các cuộn dây: Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 18
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG 1 2 I2 = . Id = × 59,5 = 48,58 (A) 3 3 Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: U2 203, 6 I1 = kBA . I2 = ×I2 = ×48,58 = 26,03 (A) U1 380 TÍNH SƠ BỘ MẠCH TỪ : 3/Tiết diện sơ bộ trụ QFe : Sba QFe = kQ m. f Trong đó: Sba : Công suất biến áp. kQ : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6 (biến áp khô) m : Số pha máy biến áp (m=3) f : tần số nguồn điện xoay chiều.(f = 50hz) Công suất biến áp nguồn cấp được tính : Sba = kS . Pdmax = kS×Udo×Id = 1,345 × 238,22 × 59,5 = 19064,15 (W) Trong đó : ks : Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực(ks = 1,345) Pdmax : Công suất cực đại của tải [W] 19064,15 = 67,64 (cm2) Suy ra: QFe = 6. 3 × 50 4/Đường kính trụ : 4.QFe ⇒ d Fe = =9,28 (cm) π Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 9 (cm) 5/Chọn loại thép: Ta chọn loại thép ∃ 330, các lá thép có độ dày 0,5 (mm). Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B = 1 Tesla h 6/Chọn tỷ số : m = = 2,3 (m = 2 – 2,5) d Fe ⇒ h = 2,3×dFe = 2,3×9 = 20,7 (cm) Suy ra : chọn chiều cao trụ là 21 (cm) TÍNH TOÁN DÂY QUẤN : 7/Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp: U1 380 W1 = = = 253,06(vòng) 4, 44 × 50 × 1× 67, 64.10−4 4, 44. f .B.QFe Trong đó : B : Từ cảm (B=1) Chọn W1 = 253 (vòng) 8/Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp: U2 203, 6 W2 = ×W1 = × 253 = 135,55 (vòng) U1 380 Chọn W2 = 136 (vòng) 9/Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô : J = 2÷2,75[A/mm2] ⇒ Chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2) Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 19
- Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: LÊ TIẾN DŨNG 10/Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: I1 26, 03 = 9,46 (mm2) S1 = = J1 2, 75 Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 9,51(mm2) Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Kích thước dây có kể cách điện: S1 cd = a1 . b1 = 2,63 . 3,80 (mm) 11/Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: I1 26, 03 = 2,74 (A/mm2) J1 = = S1 9,51 12/Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp: I2 48,58 = 17,66 (mm2) S2 = = J2 2,75 Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2 = 17,70 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Kích thước dây có kể cách điện: S2 cd = a2 . b2 = 1,95 .9,30(mm) 13/Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: I2 34,51 = 2,74 (A/mm2) J2 = = S2 17, 7 KẾT CẤU DÂY DẪN SƠ CẤP : Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục. 14/Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp: h − 2hg 21 − 2 × 1,5 W1l = . kc = . 0,95 = 45 (vòng) 0,38 b1 Trong đó : h - chiều cao trụ hg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp hg = 1,5 (cm) Kc - hệ số ép chặt kc = 0,95 15/ Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp: W1 253 = 5,62 (lớp) n1l = = W1l 45 16/Chọn số lớp n1l =6 lớp Như vậy 253 vòng chia thành 6 lớp,5 lớp đầu mỗi lớp có 42 vòng, l ớp th ứ 6 có 43 vòng 17/ Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp: Wl1 × b1 45 × 0,38 h1 = = = 18 (cm) kc 0,95 18/ Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày : S01 = 0,1 (cm) 19/ Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp: cd01 = 1,0 (cm) 20/ Đường kính trong của ống cách điện: D1 = dFe + 2×cd01 – 2×S01 = 9 + 2×1 – 2×0,1 = 10,8 (cm) 21/ Đường kính trong của cuộn sơ cấp: Dt1 = D1 + 2 × S01 = 10,8 + 2 × 0,1 = 11 (cm) 22/ Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1 (mm) 23/ Bề dày cuộn sơ cấp: Bd1 = (a1 + cd11)×n1l = (0,263 + 0,1)×6= 1,638 (cm) 24/ Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: Dn1 = Dt1 + 2×Bd1 = 11 + 2 . 1,638 = 14,27 (cm) 25/ Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp : Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN TÂM Lớp : 06D5 Trang 20
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Chương 2_ Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
13 p |
1388 |
707
-
Chương 3: Thiết kế mạch chỉnh lưu điều khiển động cơ điện một chiều
6 p |
938 |
408
-
Thiết kế mạch chỉnh lưu điều khiển động cơ điện một chiều, chương 1
6 p |
733 |
282
-
Đồ án môn học: Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển động cơ điện một chiều
59 p |
669 |
278
-
Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
16 p |
594 |
269
-
Thiết kế mạch chỉnh lưu điều khiển động cơ điện một chiều, chương 2
6 p |
688 |
268
-
Đồ án môn học: Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha - động cơ điện một chiều có đảo chiều
45 p |
534 |
263
-
Động cơ điện một chiều và các phương pháp điều khiển tốc độ
67 p |
419 |
185
-
Thiết kế mạch chỉnh lưu điều khiển động cơ điện một chiều, chương 7
5 p |
352 |
156
-
GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
85 p |
284 |
153
-
Thiết kế mạch chỉnh lưu điều khiển động cơ điện một chiều, chương 6
6 p |
298 |
139
-
HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CÁC BỘ CHỈNH LƯU
39 p |
243 |
117
-
Đồ án: Điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều
40 p |
204 |
111
-
Đồ án Mạch và thiết bị điện tử: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
10 p |
195 |
83
-
Bài giảng Chương 10: Máy điện một chiều
27 p |
57 |
29
-
Động cơ điện một chiều và vấn đề điều khiển tốc độ của động cơ điện một chiều
63 p |
44 |
22
-
Thực hành xây dựng sơ đồ dây quấn động cơ điện xoay chiều ba pha - TS. Bùi Văn Hồng
22 p |
11 |
8