Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor

Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor

Mục lục

Lời nói đầu

Trong thời đại ngày nay, truyền động điện đang ngày càng được ứng dụngrộng rãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống nhờ những ưu thế của nó như kết cấugọn nhẹ, độ bền và độ tin cậy cao, tương đối sạch nên không gây ra các vấn đề

về môi trường Bên cạnh đó truyền động điện còn có một ưu thế rất nổi bật, đặcbiệt với truyền động điện một chiều, là khả năng điều khiển rễ ràng Chính vìvậy mà truyền động điện một chiều có vai trò quan trọng trong các dạng truyềnđộng hiện dang dùng, nhất là trong lĩnh vực đòi hỏi khả năng điều khiển cao nhưtrong các máy sản xuất

Tuy nhiên, truyền động điện một chiều đòi hỏi phải có nguồn điện một chiềuvới các cấp điện áp khác nhau là loại nguồn điện phi tuyến tiêu chuẩn trong sảnxuất điện năng Vì vậy, việc tạo ra những bộ nguồn một chiều thích hợp đã vàđang là vấn đề được tạo ra.Trong một số trường hợp, người ta dùng các nguồnđiện hóa như pin, acquy Nhược điểm cuả loại nguồn này là giá thành thườngkhá cao và tăng nhanh theo công xuất Trong một số trường hợp khác, người tadùng nguồn máy phát một chiều có khả năng cho công suất lớn nhưng giá thànhvẫn khá cao và kết cấu lai cồng kềnh Ngày nay cùng với sự phát triển của ngành

kỹ thuật bán dẫn, các bộ nguồn dùng chỉnh lưu bán dẫn ngày càng chiếm ưu thếnhờ kết cấu gọn nhẹ, hiệu suất và độ tin cậy cao, giá thành hạ, không có tiếng

ồn Cũng chính nhờ có loại nguồn này mà truyền động điện một chiều ngày càngtrở lên tiện lợi và được ứng dụng rộng rãi hơn

Với đề tài em được giao là: “Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện

một chiều sử dụng Thyristor” Đây là đề tài có tính thực tiễn cao vì máy điện

một chiều được sử dụng rất nhiều trong thực tế cuộc sống Trong quá trình làm

đồ án em được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy cô giáo trong Bộ môn Tự động

hóa, Trường Đại Học Sao Đỏ Đặc biệt là cô giáo hướng dẫn Phạm Thị Diễm

Hương Cô đã giúp cho chúng em hiểu và nắm vững hơn về động cơ điện một

chiều Và đã giúp em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

cơ điện có giá thành cao, chế tạo bảo dưỡng phức tạp

a Khái niệm

Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết điện

từ quay,làm theo nguyên lý điện từ,khi đặt trong từ trường một dây dẫn và chodòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lực từ vào dòng điện(vào dây dẫn) và làm dây dẫn chuyển động Động cơ biến đổi điện năng thành

cơ năng

b. Cấu tạo

Gồm hai phần: - Phần tĩnh hay Stato (phần cảm)

- Phần quay hay Roto (phần ứng)

c. Ưu điểm của động cơ một chiều

Động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định như trong côngnghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điề khiển tốc độ quaylien tục trong phạm vi rộng ( như trong máy cán thép , máy công cụ lớn, đầumáy điện…) Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điệnmột chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại hơn, chế tạobảo quản cổ góp phức tạp hơn… nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điệnmột chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại.

Ưu điểm của động cơ một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máyphát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau Song ưu điểm lớn nhất củađộng cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải Nếu như bảnthan động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thìchi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần…) rất đắt tiền thì động cơmột chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạchlực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao

Ngày nay, hiệu suất của động cơ một chiều công suất nhỏ khoảng 70% ÷85%, ở động cơ điện công suất trung bình và lớn hơn khoảng 85% ÷ 94% Côngsuất lớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 10000kW điện áp vàokhoảng vài tăm cho đến 1000v Hướng phát triển là cải tiến tính nâng vật liệu,nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tao những máy công suất lớn hơn

đó là cả một vấn đề rộng lớn và phức tạp vì vậy với vốn kiến thức còn hạn hẹpcủa mình trong phạm vi đề tài này em không thể đề cập nhiều vấn đề lớn mà chỉ

đề cập tới vấn đề thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ có đảo chiều của động cơ mộtchiều kích từ đọc lập Phương pháp được chọn là bộ băm xung… đây có thểchưa là phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất nhưng nó được sử dụngrộng rãi bởi những tính năng và đặc điểm mà ta sẽ phân tích và đề cập sau này

1.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều

Động cơ một chiều có thể phân tích thành hai thành phần chính: phần tĩnh

và phần động

1.2.1 Phần tĩnh (stato)

Hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường Gồm

có mạch từ và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích

từ bằng nam châm điện)

b Cực từ phụ.

Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõithép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên than cực từ phụ có đặtdây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào

vỏ máy nhờ những bulông

c Gông từ

Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trongđộng cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại Trong máy điệnlớn thường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏmáy

d Các bộ phận khác.

Bao gồm:

- Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dâyquấn và an toàn cho nguồi khỏi chạm điện Trong máy điện nhỏ và vừ nắp máycòn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máy thườn làm bằnggang

- Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổithan gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp.Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổithan có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sauk hi điềuchỉnh xong thì dùng vít cố định lại

1.2.2 Phần quay (Rôto)

Bao gồm những bộ phận chính sau:

Là phần sinh ra suất điện động Gồm có mạch từ được làm bằng vật liệusắt từ (là thép kĩ thuật) xếp lại với nhau Trên mạch từ có các rãnh để lồng dâyquấn phần ứng (làm bằng dây điện từ)

Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bối dây nối nhau theo một quy luật nhấtđịnh Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với cácphiến đồng goi là phiến góp

Các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục goi

Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những thông gió

để khi Đp lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục

Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạnnhỏ, giữa những đoạn Êy có để một khe hở thông gió, khi máy làm việc gió thổiqua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt

Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lỡi sắt phần ứng được Đp trực tiếp vàotrục Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto

có thể tiết kiệm thep kĩ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto

b Dây quấn phần ứng

Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạyqua Day quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trongmáy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện tròn Trongmáy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn được cáchđiện cẩn thận với rãnh của lõi thép

Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đèchặt hoặc đai chặt dây quấn Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit

c Cổ góp

Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều Cổ góp gồm nhiềuphiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mika dày từ 0,4mm đến1,2mm và hợp thành một hình trụ tròn, hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp chữ V

Đp chặt lại Giữa vành cổ góp có cao lêm một ít để hàn các đầu dây của cácphần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng

1.3 Nguyên lí làm việc của động cơ điện một chiều

Động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng:

- Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ để sinh ra từ thông kích từ

- Nguồn phần ứng được đưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ góp của phẩnứng

Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng cơ điện.Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực dụng làm rôto quay.Chiều của lực được xác định bằng qui tắc bàn tay trái

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau.Do

có phiến góp nhiều dòng điện giữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng khôngthay đổi

Khi quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiềucủa suất điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải, ở động cơ mộtchiều suất điện động Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phảnđiện động

Phương trình cân bằng điện áp:

U= E ư +R ư I ư + I ư di/dt

Mạch rôto Chổi than

Chổi than fhdsgfbffffsddbdttthan tthan

Lõi thép

Trục Trục

Cổ góp

ω ω

ω0 ω0

Mđm Mđm

ωđm1

Đặc tính cơ tự nhiên b Đặc tính cơ nhân tạo

ωđm2

Hình 1.2 Cấu tạo của động cơ

1.4 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Đặc tính cơ của động cơ một chiều là quan hệ giữa tốc độ quay và mômenquay của động cơ:

Có hai loại đặc tính cơ: đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo:

Hình 1.3 Các đặc tính cơ động cơ điện 1 chiều

ωđm

1.5 Phân loại

Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiềungười ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ Theo đó ứng với mỗicách ra có các loại động cơ điện loại:

Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng:

- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

- Động cơ điện một chiều kích từ song song

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

1.6 Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

1.6.1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt đông.

Để tiến hành mở máy,đặt mạch kích từ vào nguồn Ukt,dây cuốn kích từ sinh ra

từ thông Φ.Trong tất cả các trường hợp,khi mở máy cũng phải đảm bảo có Φmax

tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ Rkt đến nhỏ nhất có thể.Cũng cầnđảm bảo không cho xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ=0,M=0,động cơ sẽkhông quay được,do đó Eư =0 và theo biểu thức U = Eư + RưIư thì dòng điện Iư

sẽ rất lớn làm cháy động cơ.Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơnmômen cản (M › Mc) roto bắt đầu quay và sức điện động Eư sẽ với tăng lên tỷ lệvới tốc độ quay n.do sự xuất hiện và tăng lên của Eư,dòng điện Iư sẽ giảm theo

M giảm khiến n tăng chậm hơn

1.6.2.Phương trình đặc tính cơ

Từ phương trình cân bằng áp:

U = E + Iư R

Trong đó :U- điện áp đặt vào phần ứng động cơ

E- sức điện động sinh ra trong phần ứng động cơ

Iư- dòng điện phần ứng động cơ

1.7 Cỏc phương phỏp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kớch từ độc lập

Từ phương trỡnh đặc tớnh cơ :

ω = KUeφ − KeKRMφ M

Ta cú ba phương phỏp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều :

1.7.1.Điều chỉnh bằng cỏch thay đổi điện ỏp đặt vào phần ứng động cơ

Trong thực tế người ta thường dựng phương phỏp giảm điện ỏp phần ứng động

cơ và giữ từ thụng φ = φđ m = const , điện trở R = Rư

Khi giảm điện ỏp thỡ :

=0

φ

KeU

∆ω = KeRKMφ2M = const

Do đú ta thu được họ cỏc đường đặc tớnh cơ sau :

Hình1.6: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp

* Nhận xột : Khi ta giảm điện ỏp đặt vào phần ứng động cơ thỡ tốc độ khụng tải

giảm xuống,cũn độ xụt tốc độ khụng đổi Điện ỏp phần ứng càng giảm ,tốc độđộng cơ càng nhỏ Do đú ta thu được họ cỏc đường đặc tớnh cơ song song vớiđường đặc tớnh cơ tự nhiờn ,tức độ cứng đặc tớnh cơ khụng đổi

1.7.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng thay đổi từ thụng trong mạch kớch

Khi từ thụng φ giảm thỡ :

Do đú ta thu được họ cỏc đường đặc tớnh cơ sau :

Hình1.7: Họ đặc tính cơ khi thay đổi từ thông mạch kích từ động cơ

* Nhận xột : Như vậy khi giảm từ thụng thỡ tốc độ khụng tải tăng lờn nhưng độ

xụt tốc độ tăng gấp 2 lần Do đú ta thu được họ cỏc đường đặc tớnh cơ cú độ dốchơn và cú tốc độ khụng tải lớn hơn Vỡ vậy càng giảm từ thụng thỡ tốc độ khụngtải lý tưởng của đặc tớnh cơ càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn Độ cứng đặctớnh cơ giảm

Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích

từ với dòng kích từ là (1 ÷ 10)% dòng định mức phần ứng

1.7.3 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ

Trong thực tế người ta thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ :

R = RƯ + Rf , và giữ điện áp U = Uđ m , từ thông φ = φđ m = const

* Nhận xét : Khi tăng điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ thì độ dốc

đặc tính cơ càng lớn ,đặc tính cơ mềm và độ ổn định tốc độ càng kém sai số

tốc độ càng lớn Tốc độ không tải không đổi và = ω0, còn độ xụt tốc độ ∆ω

tăng Khi đó ta được họ các đường đặc tính cơ nhân tạo cùng đi qua điểm tốc độkhông tải (0,ω0) và độ rốc tăng khi điện trở Rf càng lớn,tức là độ cứng của đặctính cơ giảm

Kết luận : Cả 3 phương pháp trên đều điều chỉnh được tốc độ động cơ điện

một chiều nhưng chỉ có phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiềubằng cách thay đổi điện áp Uư đặt vào phần ứng của động cơ là tốt nhất và hayđược sử dụng nhất vì nó thu được đặc tính cơ có độ cứng không đổi ,điều chỉnhtốc độ bằng phẳng và không bị tổn hao

Chương 2:

LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU

2.1 Giới thiệu về chỉnh lưu

2.1.1 Khái niệm

- Bộ chỉnh lưu (BCL) dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điệnmột chiều cấp cho tải Lĩnh vực ứng dụng BCL rất rộng rãi vì chủng loại tảidung cho dòng điện 1 chiều rất đa dạng Đó là tác động cơ điện 1 chiều, cuộnhút nam châm điện, rơle, bể ạm điện,…

- Chỉnh lưu có công suất nhỏ dung chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu công suất lớndung chỉnh lưu 3 pha

- Dòng điện và điện áp trên tải có chiều không đổi Tuy nhiên, vẫn bị dòng điện

về trị số Để thu được dòng điện và điện áp trên tải không đổi về chiều và trị số

ta dung các phần tử lọc

2.1.2 Phân loại

Chỉnh lưu phân loại theo một số cách sau đây:

- Phân loại theo số pha cấp cho van: một pha, hai pha, ba pha, bốn pha, nămpha,…

- Phân loại theo hai van bán dẫn trong mạch van; hiện nay chủ yếu dung 2 loạivan điôt và tiristor Vì thế, có 3 loại mạch sau:

+ Mạch dùng van toàn điôt , được gọi là chỉnh lưu không điều khiển

+ Mạch dùng toàn tiristor, gọi là chỉnh lưu điều khiển

+ Mạch chỉnh lưu dùng cả 2 loại điôt và tiristor, gọi là chỉnh lưu bán điềukhiển

- Phân loại theo sơ đồ mắc van khác nhau:

+ Sơ đồ hình tia:

Ở sơ đồ này số lượng van sẽ bằng số pha nguồn cấp cho mạch van Tất cảcác van đều đấu chung một đầu nào đó với nhau catôt chung hoặc anôt chung.+ Sơ đồ cầu:

Ở sơ đồ này số lượng van nhiều gấp đôi số pha nguồn cung cấp cho mạchvan Trong đó một nửa số van mắc chung nhau catôt , nửa kia mắc chung nhauanôt

L ud

2.2 Các loại sơ đồ có điều khiển

Chỉnh lưu 1 pha một nửa chu kỳ.

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp chỉnh lưu 1 pha một nửa

chu kỳ

Trong mạch này thyristor T được điều khiển bằng các xung dòng điện IG

xuất hiện chậm sau điện áp u một góc α nào đó trong hình 3 – 1a

Khi có tín hiệu iG ,thyristor sẽ mở,nên góc α được gọi là góc mở chậm củathyristor Khi thyristor mở thì điện áp ở 2 đầu phụ tải:

MBA

b.Đồ thị điện áp

a Sơ đồ nguyên lý

A- là hằng số tích phân được xác định từ điều kiện ban đầu.

Căn cứ vào biểu thức này của id ta có dạng đường cong id như hình 3-1b.Tại gócpha λ nào đó id giảm đến 0 và thyristor tự động tắt.Do đó λ được gọi là góc tắtcủa điện áp u

Như vậy trong mỗi chu kỳ của u dòng điện qua phụ tải id chỉ tồn tại trongkhoảng từ

α đến λ, còn từ λ đến 2π dòng điện id = 0.nói cách khác dòng điện qua phụ tải làmột dòng điện gián đoạn

2.2.2 Chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kì dùng MBA có điểm giữa

2.2.2.1 Tải R

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kì có điểm giữa tải R

 Giá trị điện cảm tản của BA tham gia làm giảm tốc độ tăng của dòng qua vankhi mở van làm hạn chế được giá trị diT/dt để đảm bảo vệ van , vì vậy khi đã

sử dụng máy biến áp để cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu thì không cần phải đưathêm mạch điện cảm vào mạch nguồn mà chỉ cần lựa chọn máy biến áp có giátrị ngắn mạch phần trăm lớn (UN =7 10 )

 Tạo ra hệ thống điện áp xoay chiều hai pha không có trong lưới điện côngnghiệp BA có một cuộn thứ cấp được đặt điện áp nguồn xoay chiều một pha

u1 , hai cuộn thứ cấp là W21 , W22 có số vòng bằng nhau và đấu như hình vẽ Như vậy trên W21 , W22 ta có các điện áp là u21 , u22 thỏa mãn quan hệ : u21 =

u22 , đây là hệ thống điện áp xoay chiều 2 pha cần thiết

- Các tiristor T1, T2 làm nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện ápmột chiều

b Nguyên lí làm việc

Hình 2.3.Đồ thi điện áp chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kì có điểm giữa tải R

- Xét ở nửa chu kì đầu (0÷π)

U21 > 0 nên T1 phân cực thuận dẫn đến T1 khóa do T1 chưa được cấp xungđiều khiển

chưa có van dẫn dòng Ud =0, id =0 U22 < 0 nên T2 phân cực ngược dẫn đến T2

- Xét ở nửa chu kì tiếp (π÷2π)

U21<0 nên T1 phân cực ngược T1 khóa, U22 >0 nên T2 phân cực thuận ởkhoảng (θ θ2) T2 chưacấp xung điều khiển nên T2 khóa không có van dẫn

dòng Ud =0; id =o, ở kho (θ) T2 được cấp xung nênT2 mở dòng điện chạy

+ Dòng điện trung bình qua tải:

d d

U I R

=

+ Dòng điện trung bình qua van: 2

d T

Hình 2.5.Đồ thị điện áp chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kì có điểm giữa tải R+L

Trong thưc tế ωL > R nên luôn là dòng liên tục khi ta biết được góc mở thì sẽbiết được góc tắt dòng với λ = π + α

Khi θ = α và θ = λ thì gia trị dòng có giá trị cùng vơi

c Các biểu thức tính toán

+ Giá trị trung bình của tải: = sinωt.dωt cosα

Với góc α là góc mở của thyristor

+ Giá trị điện áp ngược đặt trên thyristor: = 2

+ Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua thyristor: =

+ Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua tải: =

Nhận xét:

+ Ưu điểm:

• Có chất lượng tốt hơn chỉnh lưu 1 pha một nửa chu kì

• Dòng điện qua van không lớn, điện áp rơi trên van nhỏ

• Điểu khiển các van bán dẫn tương đối nhỏ

Hình 2.6 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha tải R

Trong đó:

- BA là máp biến áp cung cấp

- Các van có điều khiển T1 , T2 , T3 ,T4 dùng để biến điện áp xoay chiều thành 1chiều , 4 van này được phân thành 2 nhóm : nhóm catot chung gồm : T1 , T3 ,nhóm anot chung gồm T2 , T4

- R là phần tử phụ tải

b.Nguyên lý hoạt động

Hình 2.7 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha tải R

• Xét ở nửa chu kì đầu (0÷π)

U2 >0 nên T1 ,T3 phân cực thuận và T2 ,T4 phân cực ngược Ở khoảng (0

θ) chưa cấp xung điều khiển cho T1 ,T3 nên T1 ,T3 khóa

dẫn đến Ud = 0, id = 0

R

Tại θ=θ1 cấp xung điều khiển cho T1 ,T3 nên T1 ,T3 mở chiều dòng điện B

→T1 →R →T3 →O dẫn đến Ud =U2; id =

2

U R

Tại θ= u2=0 dần chuyển xuống âm T1 ,T3 khóa dẫn đến ud = 0, id =0

• Xét ở nửa chu kì tiếp( π÷2π)

U2>0 nên T2 ,T4 phân cực thuận và T1 ,T3 phân cực ngược

Ở khoảng ( θ2) chưa cấp xung điều khiển cho T2 ,T4 nên T2 ,T4 khóa dẫn đến

+ Điện áp ngược lớn nhất đặt trên van : Ungmax= 2 U2

+ Dòng điện trung bình qua tải:

d d

U I R

=

+ Dòng điện trung bình qua van: 2

d T

I

I =

2.2.3.2 Tải R +L

a.Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu

1 pha dùng thyristor tải R+L

b.Nguyên lý hoạt động

Hình 2.9 Đồ thị điện áp chỉnh lưu cầu

1 pha dùng thyristor tải R+L

Giả sử trước thời điểm (θ=θ1) T2, T4 đang mở, T1,T3 khóa

+ Tại thời điểm (θ=θ1), cấp xung cho T1, T3=> T1 ,T3 mở; T2,T4 khóa.Dòng điện đi từ A T1→L→R→T3 →B ; Điện áp trên tải ud = u2Tại (θ = π), U2=0 va dần chuyển xuống âm, nhưng do suất điện động tựcảm sinh ra trong L làm cho van T1, T3 tiếp tục dẫn đến (θ = θ 2)

+ Tại thời điểm (θ = θ 2), cấp xung cho T2 ,T4=> T2 ,T4 mở ; T1,T3 khóa.Dòng điện đi từ B→ T2→L→R→ T4 → A Điện áp trên tải ud=-u2+ Tại (θ = 2), -u2=0 và dần chuyển xuống âm, nhưng do suất điện động tựcảm sinh ra trong L làm cho van T2 ,T4 tiếp tục dẫn đến (θ = θ 3)

c Các biểu thức tình toán

+ Giá trị trung bình của điện áp tải: = sinωt.dωt cosα+ Giá trị điện áp ngược đặt trên mỗi van thyristor: = 2

+ Giá trị dòng điện qua tải:

+ Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua mỗi van: =

Nhận xét:

+ Ưu điểm:

• Có chất lượng tốt hơn chỉnh lưu 1 pha một nửa chu kì

• Dòng điện qua van không lớn, điện áp rơi trên van nhỏ

• Điểu khiển các van bán dẫn tương đối nhỏ

- BA là máy biến áp 3 pha dùng để cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu

- Các thiristor T1 , T2 ,T3 dùng để biến điện áp xoay chiều 3 pha bên thứ cấpmáy biến áp là : ua , ub , uc thành điện áp 1 chiều trên tải ud

- R là phần tử phụ tải của bộ phận chỉnh lưu

b Nguyên lý hoạt động

Hình 2.11.Đồ thị điện áp,dòng điện tải chỉnh lưu tia ba pha tải R

Giả sử trước thời điểm 0=θ1 thì T1,T2, T3 khóa

+ Xét θ=θ2 có ud dương nhất nên T1 phân cực thuận đồng thời được cấp xung

điều khiển dẫn đến T1 mở, T2,T3 phân cực ngược dẫn đến T2,T3 khóa Chiều

+Tại θ =θ2 có Ub dương nhất T2 phân cực thuận đồng thời được cấp xung

điều khiển nên T2 mở và T1 ,T3 phân cực ngược nên T1,T3 khóa Chiều dòng điện:

+Tại θ=θ3 có Uc dương nhất T3 phân cực thuận đồng thời cấp xung điều khiển

nên T3 mở và T1,T2 phân cực ngược nên T1,T2 khóa Chiều dòng điện:

+ Điện áp ngược lớn nhất đặt trên van: Ungmax = U2

+ Giá trị dòng điện qua tải:

+ Dòng điện trung bình qua van: 3

d T

Hình 2.13 Giản đồ điện áp chỉnh lưu tia ba pha tải R+L

Giả sử trước thời điểm (θ=θ1) T3 đang mở, T1,T2 khóa

+ Tại thời điểm (θ=θ1), cấp xung cho T1 => T1 mở, T2 ,T3 khóa

Dòng điện đi từ A→ T1→R→0; ud= ua

Tại (θ = π), Ua=0 và dần chuyển xuống âm, nhưng do suất điện động tự cảm sinh ra trong L làm cho van T1 tiếp tục dẫn đến (θ=θ2)

+ Tại thời điểm (θ=θ2), cấp xung cho T2 => T2 mở, T1,T3 khóa

Tại (θ = 7π/3), uc= 0 và dần chuyển xuống âm, nhưng do suất điên động

tự cảm sinh ra trong L làm cho van T3 tiếp tục dẫn đến (θ=θ4)

c.Các biểu thức tính toán

+ Giá trị điện áp ngược đặt trên thyristor:= =

+ Giá trị dòng điện trung bình chạy qua tải: =

+ Giá trị dòng điện trung bình của từng van: =

Nhận xét:

+ Ưu điểm:

• Chất lượng điện áp một chiều tốt hơn chỉnh lưu 1 pha , biên độ đập mạch tốthơn thành phần song hài

• Điều khiển trong trường hợp này đơn giản

+ Nhược điểm: Dòng điện mỗi cuộn dây thứ cấp là dòng 1 chiều ,do đó biến áp

3 pha 3 trụ và từ thông lõi thép là từ thông xoay chiều không đối xứng làmcông suất biến áp phải lớn

2.2.5 Chỉnh lưu cầu 3 pha

2.2.5.1 Tải R

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.14 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha tải R

Trong đó:

- BA là máy biến áp cấp cho sơ đò chỉnh lưu

- Các van chỉnh lưu có điều khiển từ T1,T2,T3,T4,T5,T6 dùng để biến đổi điện ápxoay chiều 3 pha bên thứ cấp BA là ua,ub,uc thành điện áp 1 chiều đặt lên phụtải

b Nguyên lý hoạt động

Hình 2.15 Đồ thị điện áp,dòng điện tải chỉnh lưu cầu 3 pha tải R

Giả thiết trước thời điểm θ=θ1 có T5,T6 đang dẫn

+Tại thời điểm θ=θ1 cấp xung điều khiển cho van T1,T1 đang phân cực thuận

+ Tại θ=θ4 cấp xung cho T4 ,T4 đang phân cực thuận do ua âm nhất dẫn đến

T4 mở T2 khóa Chiều dòng điện B→T3 →R→T4 →A

cos 2

U I R

=

+ Dòng điện trung bình qua van: 3

d T

b Nguyên lý hoạt động

Hình 2.17 Đồ thị điện áp,dòng điện tải chỉnh lưu tia ba pha tải R+L

cos 2