Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TĐ CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU SỬ DỤNG CHỈNH LƯU CẦU BA PHA Giáo viên hướng dẫn : PHẠM THỊ HỒNG ANH THÁI NGUYÊN 2021 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC HÌNH ẢNH 4 LỜI MỞ ĐẦU 6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 8 1.1 Tổng quan về động cơ điện một chiều. 8 1.1.1 Cấu tạo. 8 1.1.2. Các thông số định mức. 10 1.1.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều. 10 1.2. Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều. 11 1.3. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều kích từ độc lập. 15 1.3.1. Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ. 15 1.3.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động cơ. 17 1.3.3. Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của động cơ. 18 1.3.4. Nhận xét về ưu nhược điểm từng phương pháp. 19 1.4. Các đặc tính cơ khi hãm động cơ một chiều kích từ độc lập. 20 1.4.1. Hãm tái sinh. 20 1.4.2. Hãm ngược. 22 1.4.3. Hãm động năng. 24 CHƯƠNG 2: CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU 25 2.1 Tổng quan về các hệ truyền động 25 2.1.1 Hệ truyền động FĐ 25 2.1.2 Hệ truyền động TĐ 27 2.1.3 Hệ truyền động xung động cơ 29 2.1.4 Phân tích và lựa chọn phương án truyền động 30 2.2 Các hệ chỉnh lưu Thyritor thường dc sử dụng để thay đổi tốc độ động cơ điện 30 2.2.1 Chỉnh lưu cầu 1 pha 30 2.2.2 Chỉnh lưu tia 3 pha 33 2.2.3 Chỉnh lưu hình cầu 3 pha 37 2.2.4. Hiện tượng trùng dẫn. 39 2.2.5. Nghịch lưu phụ thuộc. 41 2.2.6 Phân tích và lựa chọn phương án điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều 42 CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC 44 3.1. Phân tích, lựa chọn mạch động lực. 44 3.1.1. Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha không có điôt không. 44 3.1.2. Sơ đồ mạch động lực. 44 3.1.3. Các thông số cơ bản động cơ truyền động hệ thống được chọn với các thông số sau: 45 3.1.4. Máy biến áp động lực. 45 3.1.5.Tính chọn thyristor : 47 3.2. Tính chọn các thiết bị mạch bảo vệ mạch động lực. 48 3.2.1. Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn. 48 3.2.2. Bảo vệ quá dòng cho van. 49 CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 51 4.1.Giới thiệu mạch điều khiển. 51 4.1.1Sơ đồ nguyên lý : 51 4.1.2.Nguyên tắc điều khiển: 51 4.1.3.Các khâu cơ bản của mạch điều khiển: 53 4.2. Sơ đồ mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động. 59 4.3. Tính toán các thông số mạch điều khiển. 60 4.3.1. Tính biến áp xung. 61 4.3.2. Tính chọn khâu đồng pha. 61 4.3.3. Tính chọn khâu so sánh. 62 4.3.4. Khâu phản hồi 62 4.3.5. Tính chọn bộ tạo xung chùm. 63 4.3.6. Tính tầng khếch đại cuối cùng. 64 4.3.7. Tính nguồn nuôi. 65 4.3.8. Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha. 65 4.3.9. Tính chọn điôt cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi. 66 4.4. Thiết kế cuộn kháng lọc. 67 4.4.1. Xác định góc mở cực tiểu và cực đại. 67 4.4.2. Xác định các thành phần sóng hài. 68 4.4.3. Xác định điện cảm cuộn kháng lọc. 69 4.4.4. Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc. 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mặt cắt dọc động cơ điện. 8 Hình 1.2 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song. 11 Hình 1.3 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập. 12 Hình 1.4 Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập. 14 Hình 1.5 Sơ đồ điều chỉnh tốc ĐCĐMCKTĐL bằng cách thay đổi điện phụ của mạch phần ứng. 16 Hình 1.6 Đặc tình điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện trở phụ phần ứng. 17 Hình 1.7 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cánh thay đổi từ thông Φ. 18 Hình 1.8 Đăc tính điều chỉnh tốc độ ĐMdl bằng cách thay đổi từ thông Φ. 18 Hình 1.9 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Uư 19 Hình 1.10 Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ. 21 Hình 1.11 Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp phần ứng. 22 Hình 1.12 a) Sơ đồ hãm ngược bằng cách thêm Rưf. b) Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách thêm Rưf. 23 Hình 1.13 a, Sơ đồ hãm ngược bằng cách đảo chiều Uư. b, Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách đảo chiều Uư . 23 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Máy phát Động cơ 25 Hình 2.2 Họ đường đặc tính cơ khi khi thay đổi UKF 26 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ TĐ 27 Hình 2.4. Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển 31 Hình 2.5.dạng sóng chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển 31 Hình 2.6 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha có điều khiển 33 Hình 2.7 Dạng sóng chỉnh lưu hình tia 3 pha có điều khiển 34 Hình 2.8 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha có đảo chiều 37 Hình 2.9 Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu cầu ba pha . 37 Hình 2.10 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có hiện tượng trùng dẫn 40 Hình 2.11 Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu cầu ba pha có trùng dẫn 40 Hình 2.12 a) Chế độ chỉnh lưu ; b) Chế độ nghịch lưu. 42 Hình 3.1 Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha 44 Hình 3.2 Giản đồ điện áp 45 Hình 4.1 Sơ đồ khối điều khiển thyristor. 51 Hình 4.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 51 Hình 4.3 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss 52 Hình 4.4 Các khâu đồng pha 53 Hình 4.5 Các khâu so sánh thường gặp. 55 Hình 4.6 Sơ đồ so sánh hai tín hiệu khác dấu. 56 Hình 4.7 Sơ đồ các khâu khếch đại và phân phối xung : 57 Hình 4.8 Sơ đồ tạo xung chùm dùng khuếch đại thuật toán 57 Hình 4.9 Đồ thị dạng sóng của khâu tạo xung chùm. 58 Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý 2 kênh mạch điều khiển 59 Hình 4.11 Giản đồ các đường cong mạch điều khiển 60 Hình 4.13 Sơ đồ chân IC TL084. 64 Hình 4.14 Sơ đồ nguồn nuôi 65 Hình 4.15 Sơ đồ hệ thống truyền động điện cho động cơ điện một chiều có đảo chiều quay, sử dụng bộ biến đổi cầu ba pha. 72 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các ngành công nghiệp cả về chiều rộng lẫn chiều sâu, điện và các máy điện đóng một vai trò rất quan trọng, không thể thiếu được trong phần lớn các ngành công nghiệp và đời sống sinh hoạt của con người. Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: dễ sản xuất, dễ truyền tải..., cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành...Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định như trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (Như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện...). Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn ... Sau gần 4 năm học tập và nghiên cứu ở trường, em đã được làm quen với các môn học thuộc ngành . Để áp dụng lý thuyết với thực tế trong học kỳ này chúng em được giao đồ án môn học truyền động điện với yêu cầu “ Thiết kế hệ thống truyền động điện cho động cơ điện một chiều không đảo chiều quay, sử dụng bộ biến đổi cầu ba pha với thông số : Công suất định mức của động cơ: Pđm=2,2 (KW). Điện áp địmh mức mạch phần ứng: Uđm= 220 (V). Dòng điện định mức mạch phần ứng: Iđm=10 (A). Tốc độ định mức của động cơ: nđm=2000 (vp). Điện trở cuộn dây phần ứng: Rư = 2.775 (). Điện cảm cuộn dây phần ứng : Lư = 0.0961 (H).” Bản đồ án của em gồm 4 phần chính : Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Chương 2: CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU Chương 3: XÁC ĐỊNH VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC Chương 4: XÂY DỰNG VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp, em luôn nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp những tài liệu cần thiết của cô giáo Phạm Thị Hồng Anh .Em xin gửi tới cô lời cảm ơn chân thành. Tuy nhiên, do thời gian và giới hạn của đồ án cùng với phạm vi nghiên cứu tài liệu với kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Tổng quan về động cơ điện một chiều
Trong thời đại hiện nay, nhiều dây chuyền sản xuất công nghiệp đang được tự động hóa nhờ vào các công nghệ tiên tiến Tuy nhiên, động cơ điện một chiều vẫn giữ vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp và giao thông vận tải Loại động cơ này đặc biệt phù hợp cho những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong khoảng rộng, như trong ngành cán thép và khai thác mỏ, nhờ vào khả năng điều chỉnh tốc độ vượt trội của nó.
1.1.1 Cấu tạo Động cơ điện một chiều gồm có hai phần
Hình 1.1 Mặt cắt dọc động cơ điện.
1- Vỏ máy (Gông từ) 7- lõi sắt phần ứng
2- Cực từ chính 8- rãnh phần ứng
3- Dây quấn cực từ chính 9- răng phần ứng
4- Cực từ phụ 10- má cực từ
5- Dây quấn cực từ phụ
*Phần tĩnh (Stator): Đây là phần đứng yên của máy, nó bao gồm các bộ phận chính sau:
Cực từ chính là thành phần tạo ra từ trường, bao gồm lõi sắt cự từ và dây quấn kích từ bên ngoài lõi sắt Lõi sắt cự từ được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện hoặc thép cacbon có độ dày từ 0.5mm đến 1mm, được ép chặt và tán lại để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Cực từ phụ được đặt giữa các tự từ chính nhằm cải thiện khả năng đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thường được làm từ thép khối, trong khi đó, trên thân của nó có dây quấn được cấu tạo tương tự như dây quấn của cực từ chính.
Gông từ là một thành phần quan trọng trong máy điện, có chức năng kết nối các cực từ và tạo thành vỏ máy Đối với các máy điện nhỏ và vừa, gông từ thường được làm từ thép tấm dày, được uốn và hàn lại Trong khi đó, máy điện lớn thường sử dụng gông từ bằng thép đúc để đảm bảo độ bền và hiệu suất hoạt động.
Nắp máy đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thiết bị khỏi các vật thể rơi vào, giúp tránh hư hỏng dây quấn và đảm bảo an toàn cho người sử dụng khỏi nguy cơ điện giật Đối với các máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn được sử dụng như một giá đỡ cho ổ bi, tăng cường tính ổn định và hiệu quả hoạt động của máy.
Cơ cấu chổi than là bộ phận quan trọng giúp truyền dòng điện từ phần quay ra ngoài, bao gồm chổi than được đặt trong hộp chổi than Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá, trong khi một lò xo giữ chặt chổi than vào cổ góp Giá chổi than có khả năng quay để điều chỉnh vị trí chổi than, và sau khi điều chỉnh xong, cần sử dụng vít để cố định chặt lại.
*Phần quay (Roto): Đây là phần quay (Động) của động cơ gồm có các bộ phận sau.
Lõi sắt phần ứng là thành phần quan trọng trong việc dẫn từ, thường được chế tạo từ tấm thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5mm Những tấm thép này được phủ cách điện mỏng ở hai mặt và ép chặt lại nhằm giảm thiểu tổn hao do dòng điện xoáy gây ra.
Trong các máy có kích thước trung bình trở lên, người ta thường dập các lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt, có thể tạo ra những lỗ thông gió dọc theo trục.
Trong các máy hơi lớn, lõi sắt thường được chia thành nhiều đoạn nhỏ, giữa các đoạn này có một khe hở được gọi là khe thông gió ngang trục.
+ Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục.
Dây quấn phần ứng là bộ phận quan trọng trong máy điện, có nhiệm vụ sinh ra suất điện động và dẫn dòng điện Thông thường, dây quấn này được làm từ dây đồng có lớp cách điện để đảm bảo an toàn Đối với các máy điện nhỏ, người ta thường sử dụng dây có thiết diện tròn để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
- Cổ góp: Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều, dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều.
Cổ góp được cấu tạo từ nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn, được cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0.4 đến 1.2mm, tạo thành hình trụ tròn Hai đầu của trụ tròn được giữ chặt bằng hai vành ốp hình chữ V, trong khi giũa vành ốp và trụ tròn cũng được cách điện bằng mica.
Cánh quạt được sử dụng để quạt gió, giúp làm nguội máy điện một chiều Máy thường được thiết kế với kiểu bảo vệ, có lỗ thông gió ở hai đầu nắp máy Khi máy hoạt động, cánh quạt lắp trên trục máy sẽ hút gió từ bên ngoài vào trong, đảm bảo hiệu suất làm mát cho thiết bị.
+ Trục máy: Là phần trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt.
1.1.2 Các thông số định mức
Chế độ làm việc định mức của máy điện là điều kiện làm việc theo quy định của xưởng chế tạo, được xác định bởi các đại lượng ghi trên nhãn máy, gọi là đại lượng định mức Nhãn máy thường ghi các đại lượng này để người sử dụng dễ dàng nhận biết.
+ Công suất định mức Pđm (KW hay W);
+ Điện áp dịnh 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 điện kích từ và các số liệu về dòng điện sử dụng …
Cần chú ý là công suất định mức của động cơ ở đây là công suất cơ đưa ra ở đầu trục động cơ.
1.1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều chuyển đổi năng lượng điện từ dòng một chiều thành cơ năng Trong quá trình này, một phần năng lượng bị tổn thất do các yếu tố trong mạch phần ứng và mạch kích từ, trong khi phần còn lại được chuyển hóa thành cơ năng trên trục của động cơ.
Khi dòng điện một chiều chạy qua dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng, từ trường được sinh ra tại phần tĩnh, tác động lên dòng điện trong dây quấn phần ứng Điều này tạo ra mômen tác dụng lên roto, khiến roto quay Nhờ vành đổi chiều, dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng một chiều, đưa vào dây quấn phần ứng, giúp lực từ tác động lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bị đổi chiều, làm cho động cơ quay theo một hướng.
- Công suất ứng vói mômen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công suất điện từ và bằng:
Trong đó: M: là mômen điện từ;
Iư: Dòng điện phần ứng;
Eư: Suất điện động phần ứng;
: Tốc độ góc phần ứng;
Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều
Khi nguồn điện một chiều có công suất lớn và điện áp ổn định, mạch kích từ thường được kết nối song song với mạch phần ứng, tạo thành động cơ kích từ song song.
Hình 1.2 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song
Khi nguồn điện có công suất không đủ lớn, mạch phần ứng và mạch kích từ hoạt động như hai nguồn một chiều độc lập Trong trường hợp này, động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập.
Hình 1.3 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập
Động cơ điện kích thích độc lập và kích thích song song có đặc tính tương tự, vì vậy chúng ta sẽ xem xét chung về đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện kích từ độc lập.
Theo sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập, phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng trong chế độ xác lập được xác định như sau.
Uư = E + (Rư + Rf) Iư; (1-2) Trong đó: Uư: Điện áp phần ứng (V);
E: Suất điện động phần ứng (V);
Rf: Điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω);
Rư: Điện trở ủa phần ứng (Ω);
Với Rư = rư + rcf + rcb + rtx ;
Trong đó: rư: Điện trở dây phần ứng (Ω); rcf: Điện trở cực từ phụ (Ω) ; rcb: Điện trở cuộn bù (Ω) ; rtx: Điện trở tiếp xúc của chổi điện (Ω);
Sức điện động E của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:
Trong đó: p: Số đôi cực từ chính ;
N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng; a: Số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng; ω: Tốc độ góc (rad/s) ; Φ: Từ thông kích từ chính một cực từ (Wb);
+ Ukt _ Đặt : Hệ số kết cấu của động cơ
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: và ;
Vì vậy: Trong đó: Kc: Hệ số sức điện động của động cơ
Từ các phương trình trên ta có:
Phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều với kích từ độc lập là yếu tố quan trọng trong việc phân tích hiệu suất của động cơ Mômen điện từ của động cơ ở chế độ xác lập được xác định theo biểu thức cụ thể, giúp hiểu rõ hơn về khả năng hoạt động và ứng dụng của động cơ trong các hệ thống điện.
Suy ra Iư = , thay Iư vào (1-4) ta có
Nếu không tính đến tổn thất cơ và tổn thất ma sát trong ổ trục, mômen cơ trên trục động cơ có thể được coi là bằng mômen điện từ, ký hiệu là M: Mdt = Mcơ = M.
Suy ra: (1-7) Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
- Có thể biểu diễn phương trình đặc cơ dưới dạng khác ω = ω0 - ∆ω ; (1-8)
Trong đó: ω0 ; Gọi ω0 là tốc độ không tải lý tưởng
∆ω = M = M; Gọi ∆ω là độ sụt tốc
Nếu giả thiết rằng phần ứng được bù đủ từ thông của động cơ là hằng số (Φ = const), các phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ sẽ trở thành tuyến tính Điều này được thể hiện qua đồ thị, nơi các đường thẳng được vẽ để biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng.
Nếu xét đến tất cả các tổn thất thì: M cơ = Mdt ± ∆M;
Hình 1.4 Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập
Theo đồ thị trên khi Iư = 0 hoặc M = 0 thì ta có: ω = ω0 = , lúc này động cơ đạt tốc độ không tải lý tưởng
Còn khi ω = 0 thì ta có:
Với Inm, Mnm: Gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch
Hình 1.2.4: Đặc tình cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều kích từ độc lập
Phương trình đặc tính cơ của động cơ phụ thuộc vào ba tham số chính: từ thông, điện áp phần ứng và điện trở phần ứng Bằng cách điều chỉnh các tham số này, chúng ta có thể kiểm soát tốc độ và mômen của động cơ theo ý muốn Do đó, có ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ tương ứng với ba tham số này.
1.3.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ
Giả thiết Uư = Udm = const và Φ = Φđm = const
Ta có phương trình đặc tính cơ tổng quát: ω = hay ω = ω0 - ∆ω;
Tốc độ không tải lý tưởng: ω0 = = const; (1-11) Độ cứng đặc tính cơ: β = = ; (1-12)
Để thay đổi tốc độ động cơ, ta có thể điều chỉnh điện trở phần ứng bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch Khi thay đổi điện trở phụ Rf, tốc độ không tải lý tưởng ω0 giữ nguyên, nhưng ∆ω sẽ biến đổi theo Rf, dẫn đến sự thay đổi của các đường đặc tính cơ, vẫn đi qua điểm ω0 Khi Rf = 0, β đạt giá trị lớn nhất tương ứng với đường đặc tính cơ tự nhiên; ngược lại, khi Rf tăng, β giảm và tốc độ cũng giảm với một phụ tải nhất định Do đó, việc thay đổi điện trở phụ sẽ tạo ra một họ đặc tính cơ như hình 1-6 Độ cứng đặc tính cơ được xác định bởi công thức β = (1-13).
Để thay đổi tốc độ động cơ, ta cần thay điện trở phần ứng bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch Khi điều chỉnh điện trở phụ Rf, tốc độ không tải lý tưởng ω0 sẽ giữ nguyên, trong khi ∆ω sẽ biến đổi theo Rf, dẫn đến sự thay đổi của các đường đặc tính cơ nhưng vẫn đi qua điểm cố định ω0 Khi Rf = 0, giá trị β đạt cực đại tương ứng với đường đặc tính cơ tự nhiên; ngược lại, khi Rf tăng, β giảm và tốc độ cũng giảm theo một phụ tải nhất định Do đó, việc thay đổi điện trở phụ sẽ tạo ra một tập hợp các đặc tính cơ như hình 1-6.
Hình 1.5 Sơ đồ điều chỉnh tốc ĐCĐMCKTĐL bằng cách thay đổi điện phụ của mạch phần ứng
Ta có: 0 < Rf1 < Rf2 < Rf3 < … thì ωdm > ω1 > ω2 > ω3 > … nhưng nếu ta tăng
Khi Rf đạt đến một giá trị nhất định, sẽ xảy ra tình trạng M ≤ Mc, khiến động cơ không thể quay và hoạt động ở chế độ ngắn mạch với ω = 0 Ngay cả khi thay đổi Rf, động cơ vẫn không quay được Vì vậy, phương pháp này được gọi là phương pháp điều chỉnh tốc độ không triệt để.
Hình 1.6 Đặc tình điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện trở phụ phần ứng
Khi phụ tải Mc tăng, nếu điện trở Rf lớn thì tốc độ động cơ sẽ giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch Inm và mômen ngắn mạch Mnm cũng sẽ giảm theo.
1.3.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động cơ
Giả thiết điện áp phần ứng: Uư = Udm = const;
Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát: ω = M ; → ω = ω0 - ∆ω ;
Trong trường hợp này tốc độ không tải: ω0x = ; Độ cứng đặc tính cơ: β = – ;
Khi thay đổi từ thông Φ, cả ω0 và ∆ω đều biến đổi, dẫn đến sự thay đổi của ω Điều này cho thấy rằng các đường đặc tính điều chỉnh dần dần sẽ cao hơn so với đặc tính cơ tự nhiên khi Φ giảm Với cùng một tải, tốc độ sẽ tăng khi từ thông Φ giảm do độ cứng đặc tính cơ β giảm.
Khi Φdm > Φ1 > Φ2, tốc độ động cơ ωdm sẽ nhỏ hơn ω1, ω2, và nếu giảm Φ quá mức, tốc độ động cơ có thể vượt quá giới hạn cho phép Điều này làm xấu đi điều kiện chuyển mạch do dòng phần ứng tăng cao Để đảm bảo chuyển mạch bình thường, cần giảm dòng phần ứng, nhưng điều này cũng dẫn đến momen cho phép trên trục động cơ giảm nhanh, gây ra tình trạng quá tải cho động cơ.
Hình 1.7 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐM đl bằng cánh thay đổi từ thông Φ.
Hình 1.8 Đăc tính điều chỉnh tốc độ ĐM dl bằng cách thay đổi từ thông Φ.
1.3.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của động cơ
Giả thiết từ thông Φ = Φdm = const, khi ta thay đổi điện áp phần ứng theo hướng giảm so với Uđm
Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát: ω = M → ω = ω0 - ∆ω;
Tốc độ không tải: ; Độ cứng đặc tính cơ:
Hình 1.9 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi U ư
Khi thay đổi điện áp Uư, tần số ω0 cũng sẽ thay đổi trong khi ∆ω giữ nguyên, dẫn đến việc các đường đặc tính điều chỉnh sẽ song song với nhau Để thay đổi Uư, cần sử dụng bộ nguồn một chiều có khả năng điều chỉnh điện áp đầu ra, thường thông qua các bộ biến đổi.
Các bộ biến đổi có thể là:
+ Bộ biến đổi máy điện: Dùng máy phát điện một chiều (F), máy điện khếch đại (MĐKĐ).
+ Bộ biến đổi từ: Khếch đại từ (KĐT) một pha, ba pha.
+ Bộ biến đổi điện từ - bán dẫn: Các bộ chỉnh lưu (CL), các bộ băm điện áp (BĐA), dùng transistor và thyistor.
Ta thấy rằng, khi thay đổi điện áp phần ứng (Giảm áp) thì mômen ngắn mạch
Mnm và dòng điện ngắn mạch Inm của động cơ giảm khi tốc độ giảm theo một phụ tải nhất định Phương pháp này được áp dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện trong quá trình khởi động.
1.3.4 Nhận xét về ưu nhược điểm từng phương pháp
Phương pháp thay đổi tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh điện trở phụ lắp vào phần ứng mang lại nhiều ưu điểm Phương pháp này không chỉ đơn giản và tiết kiệm chi phí, mà còn dễ dàng điều chỉnh để phù hợp với các yêu cầu vận hành Nó thường được sử dụng để điều chỉnh tốc độ cho các phụ tải có tính chất thế năng.
Nhược điểm của phương pháp này là khả năng điều chỉnh tốc độ không triệt để, với sai số tĩnh gia tăng khi điều chỉnh sâu Phạm vi điều chỉnh hẹp, dòng phần ứng lớn và công suất điều chỉnh cao dẫn đến tổn hao lớn trong quá trình điều khiển Phương pháp này thường được áp dụng cho các máy nâng và vận chuyển có yêu cầu điều chỉnh tốc độ không cao.
Phương pháp thay đổi tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh từ thông kích từ mang lại nhiều lợi ích Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là khả năng điều chỉnh tốc độ vô cấp, cho phép đạt được tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản Hơn nữa, phương pháp này cũng giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng, làm cho nó trở thành lựa chọn hiệu quả cho việc điều chỉnh tốc độ động cơ.
Nhược điểm của việc điều chỉnh từ thông phi tuyến là khó khăn trong việc tính toán chính xác dòng điện và momen tải, dẫn đến việc phương pháp này ít được sử dụng.
Phương pháp thay đổi tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp phần ứng mang lại nhiều ưu điểm, trong đó nổi bật là khả năng điều chỉnh tốc độ một cách liên tục và linh hoạt Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ trong mọi vùng tải, kể cả khi động cơ đang ở trạng thái không tải lý tưởng.
Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư cơ bản và chi phí vận hành cao.
Trong đồ án, tôi đã chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ cho động cơ một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi điện áp mạch phần ứng sử dụng hệ T-Đ Phương pháp này có những ưu điểm nổi bật như độ tác động nhanh, dễ dàng tự động hóa và van có hệ số khuếch đại công suất lớn, từ đó nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh và động của hệ thống.
Các đặc tính cơ khi hãm động cơ một chiều kích từ độc lập
Hãm là trạng thái mà động cơ tạo ra mômen quay ngược chiều với tốc độ, thường được gọi là chế độ máy phát Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm khác nhau.
Hãm tái sinh khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng (ω
Khi hãm tái sinh, sức điện động của động cơ vượt quá điện áp nguồn (E > Uư), khiến động cơ hoạt động như một máy phát song song với lưới điện và trả năng lượng về nguồn Trong trường hợp này, dòng hãm và mômen hãm sẽ đổi chiều so với chế độ động cơ.
Trong một số trường hợp hãm tái sinh, khi tần số góc ω lớn hơn tần số góc định mức ω0, máy sẽ hoạt động như một nguồn động lực quay rôto của động cơ Điều này khiến cho động cơ chuyển đổi thành máy phát, phát năng lượng trở lại nguồn.
Vì E > Uư, do đó dòng điện phần ứng sẽ thay đổi chiều so với trạng thái động cơ:
Mh = KФ Ih < 0 ; Mômen động cơ đổi chiều (M < 0) và trở nên ngược chiều với tốc độ và trở thành mômen hãm (Mh).
Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ xảy ra khi giảm điện áp phần ứng (Uư2 ω02) Về mặt năng lượng, động năng tích lũy ở tốc độ cao sẽ được truyền vào trục động cơ, biến động cơ thành máy phát, trả lại năng lượng cho nguồn, một quá trình được gọi là hãm tái sinh.
Hình 1.11 Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp phần ứng. c) Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng (+Uư → - Uư):
Khi Mc đạt dạng mômen thế năng (Mc = Mtn) và đảo chiều điện áp phần ứng, động cơ chuyển từ tốc độ + ω0 sang - ω0, dẫn đến việc hoạt động tại điểm B với – Uư Sự thay đổi này khiến thế năng tích lũy được từ độ cao lớn chảy vào động cơ, biến động cơ thành máy phát và phát năng lượng trở lại nguồn.
Hãm ngược là hiện tượng khi mômen hãm của động cơ ngược chiều với tốc độ quay của nó (M ↑↓ ω) Có hai trường hợp hãm ngược: Thứ nhất, khi đưa điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng, động cơ chuyển từ điểm A sang điểm B và làm việc ổn định ở điểm E (ω = ωE và ωôđ ↑↓ ωA) trên đặc tính cơ có thêm Rưf lớn Đoạn DE là đoạn hãm ngược, lúc này động cơ hoạt động như một máy phát nối tiếp với lưới điện, và sức điện động của động cơ đảo dấu.
Mh = KФ Ih ; Tại thời điểm chuyển đổi mạch điện thì mômen động cơ nhỏ hơn mômen cản
(MB < Mc) nên tốc độ động cơ giảm dần Khi ω = 0, động cơ ở chế độ ngắn mạch
Hình 1.12 mô tả sơ đồ hãm ngược bằng cách thêm điện trở phụ R ưf Khi động cơ hoạt động tại điểm A và chúng ta đổi chiều điện áp phần ứng, cần thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để hạn chế dòng đảo chiều lớn Kết quả là động cơ sẽ chuyển sang làm việc tại các điểm B, C và cuối cùng ổn định ở điểm D nếu có tải ma sát Đoạn BC thể hiện quá trình hãm ngược, trong đó dòng hãm và mômen hãm của động cơ được xác định.
Mh = KФ Ih < 0 ; Phương trình đặc tính cơ: ω = (1-17)
Hình 1.13 trình bày sơ đồ hãm ngược bằng cách đảo chiều U ư và đặc tính cơ khi hãm ngược Trong phần hãm động năng, chúng ta chỉ xem xét hãm động năng kích từ độc lập Khi động cơ đang hoạt động với lưới điện tại điểm A, việc cắt phần ứng ra khỏi lưới điện và kết nối với điện trở hãm Rh sẽ khiến động cơ tiếp tục quay do động năng tích lũy, hoạt động như một máy phát, chuyển đổi cơ năng thành nhiệt năng trên điện trở hãm và điện trở phần ứng.
Phương trình đặc tính cơ khi hãm động năng: ω = M (1-18)
Tại thời điểm hãm ban đầu, tốc độ hãm ban đầu ωhđ nên sức điện động ban đầu, dòng điện hãm ban đầu và mômen hãm ban đầu
Trên đồ thị đặc tính cơ hãm động năng, khi mômen cản là phản kháng (B10 hoặc B20), động cơ sẽ dừng lại hoàn toàn Ngược lại, nếu mômen cản là thế năng, tải sẽ kéo động cơ quay theo chiều ngược lại (ωôđ1 hoặc ωôđ2).
CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU
ĐIỆN 1 CHIỀU 2.1 Tổng quan về các hệ truyền động
Hệ thống máy phát - động cơ một chiều là giải pháp truyền động điện linh hoạt, cho phép điều chỉnh tốc độ dễ dàng Tuy nhiên, việc sử dụng nhiều máy điện quay khiến hệ thống trở nên cồng kềnh và phát sinh tiếng ồn, rung, do đó cần thiết phải có nền móng vững chắc để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Máy phát - Động cơ
Coi mạch từ máy phát chưa bão hoà:
(2.1) Trong đó: KF - hệ số kết cấu của máy phát,
C = ΔΦF /ΔiKF - hệ số góc của đặc tính từ hoá. iKF = UKF/rKF
Phương trình đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ dùng máy phát:
Như vậy, khi thay đổi UKF (hoặc iKF) thì ta sẽ được một họ đường đặc tính cơ song song nhau ở cả 4 góc phần tư.
Hình 2.2 Họ đường đặc tính cơ khi khi thay đổi U KF
Trong góc phần tư (I) và (III) của tọa độ đặc tính cơ, động cơ hoạt động ở chế độ quay thuận và quay ngược Đặc tính cơ hãm động năng (EF = 0) đi qua gốc tọa độ.
Các vùng nằm giữa trục tung (ω) và đặc tính cơ hãm động năng (EF = 0) là chế độ hãm tái sinh hay chế độ máy phát (ω > ω0 ) của động cơ.
Các vùng giữa trục hoành (M) và đặc tính cơ khi hãm động năng (EF = 0) thể hiện chế độ hãm ngược (ω ↑↓ M) của động cơ Hệ F – Đ nổi bật với khả năng điều chỉnh tốc độ linh hoạt, cho phép động cơ tự động chuyển đổi giữa các chế độ làm việc khi tốc độ thay đổi hoặc khi đảo chiều.
Phạm vi điều chỉnh rộng rãi và dễ dàng, cho phép điều chỉnh mượt mà Tuy nhiên, cần lưu ý rằng tổn hao có thể xảy ra khi mở máy, đảo chiều quay và điều chỉnh tốc độ nhỏ, do quá trình này diễn ra trên mặt kích từ.
+ Có thể đảo chiều động cơ một cách dể dàng.Có khả năng quá tải cao.
+ Đặc tính quá độ tốt, thời gian quá độ ngắn ,điện áp đầu ra của máy phát bằng phẳng có lợi cho động cơ
+ Có khả năng giử cho đặc tính cơ của động cơ cao và không đổi trong quá trình làm việc.
+ Hệ thống sử dụng nhiều máy điện quay cho nên gây ồn, kết cấu cơ khí cồng kềnh chiếm nhiều diện tích
+ Tổng công suất đặt lớn.Vốn đầu tư ban đầu lớn.
+ Máy điện một chiều thường có từ dư lớn, đặc tính từ hóa có trể nên khó điều chỉnh sâu tốc độ.
Khi sử dụng bộ chỉnh lưu có điều khiển (thyristor) để cung cấp nguồn một chiều cho phần ứng của động cơ điện một chiều, hệ thống này được gọi là hệ T - Đ.
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ T-Đ a Hệ CL - ĐM không đảo chiều
+ Khi dòng điện liên tục:
Khi dòng điện liên tục: Ed E d0 cos
Trong đó tốc độ không tải giả tưởng
Khi góc điều khiển α thay đổi từ 0 đến π, điện áp Ed biến đổi từ Ed0 đến -Ed0 Đặc tính cơ của hệ thống sẽ nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng tọa độ [ω, I] hoặc [ω, M], trong trường hợp chỉ sử dụng một bộ chỉnh lưu hoạt động ở chế độ chỉnh lưu.
Vùng dòng điện gián đoạn bị giới hạn bởi một nửa đường elip với trục tung:
(2.5) Trong đó: XBA - điện kháng máy biến áp
LuΣ - điện cảm tổng mạch phần ứng f1 - tần số lưới m - số pha chỉnh l-u
Trong vùng dòng điện gián đoạn (ω’ 0 < ω0 ):
(2.6) Trong đó: E2m - biên độ sức điện động thứ cấp máy biến áp CL Đường giới hạn tốc độ cực đại:
Để đảo chiều tốc độ động cơ trong hệ CL - ĐM, cần sử dụng hai bộ chỉnh lưu đấu song song ngược, hay còn gọi là chỉnh lưu kép Nguyên tắc điều khiển hai bộ chỉnh lưu này rất quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.
Khi bộ CL1 hoạt động ở chế độ chỉnh lưu, thì CL2 sẽ chuẩn bị làm việc ở chế độ nghịch lưu Dòng chỉnh lưu sẽ chạy theo chiều dương, dẫn đến tốc độ động cơ quay thuận.
Khi bộ CL2 hoạt động ở chế độ chỉnh lưu, bộ CL1 sẽ hoạt động ở chế độ nghịch lưu, dẫn đến dòng chỉnh lưu chạy theo chiều âm và động cơ quay ngược Để ngăn chặn việc truyền năng lượng giữa hai bộ CL về lưới điện, cần đảm bảo điều kiện: |Ed.NL| ≥ |Ed.CL|.
+ Tác động nhanh không gây ồn và dể tự động hóa do các van bán dẩn có hệ số khuyếch đại công suất cao.
+ Công suất tổn hao nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ Giá thành hạ dể bảo dưởng sửa chữa.
+ Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch cao, gây đến tổn thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống.
+ Chuyển đổi làm việc khó khăn hơn do đường đặc tính nằm trong ở mặt ph ng tọa độ.
+ Trong thành phần của hệ biến đổi có máy biến áp nên hệ số cos thấp.
+ Do vai trò chỉ dẩn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc khó khăn đối với các hệ thống đảo chiều.
+ Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp truyền động động cơ tải nhỏ.
2.1.3 Hệ truyền động xung động cơ Để đóng cắt điện áp nguồn ta thường dùng các khóa điện tử công suất vì chúng có đặc tính tương ứng với khóa lý tưởng,tức là khi khóa dẫn điện(đóng)điện trở của nó không đáng kể,còn khi nó bị ngắt(mở ra) điện trở của nó lớn vô cùng(điện áp trên tải bằng không)
Bộ biến đổi xung áp có khả năng điều chỉnh và ổn định điện áp ra cho phụ tải, mang lại hiệu suất cao với tổn thất công suất trong bộ biến đổi là không đáng kể.
- Độ chính xác cao ít bị ảnh hưởng của môi trường
- Chất lượng điện áp tốt
-Cần có bộ lọc đầu ra,do đó làm tăng quán tính của bộ biến đổi khi làm việc trong hệ thống kín
-Tần số đóng cắt lớn tạo ra nhiễu cho nguồn cũng như các thiết bị điều khiển
2.1.4 Phân tích và lựa chọn phương án truyền động
Qua việc phân tích ba hệ thống F-Đ, T-Đ và XA-Đ, ta nhận thấy mỗi hệ thống đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng Tuy nhiên, cả ba hệ thống này đều đáp ứng đầy đủ các yêu cầu công nghệ đã đề ra.
Mỗi hệ thống có những đặc điểm kinh tế và kỹ thuật riêng Hệ thống F - Đ nổi bật với khả năng điều chỉnh tốc độ và chuyển đổi trạng thái hoạt động linh hoạt nhờ vào cấu trúc năm đều bốn góc phần tư Tuy nhiên, hệ thống này chiếm diện tích lớn, cồng kềnh và có hiệu suất không cao Ngoài ra, khi hoạt động, hệ thống F - Đ phát ra tiếng ồn và rung động mạnh, dẫn đến chi phí lắp đặt cao và vốn đầu tư lớn.
Trong bối cảnh công nghiệp hóa - hiện đại hóa hiện nay, nhu cầu tối ưu hóa hệ thống truyền động là rất quan trọng để đảm bảo tính khoa học, gọn nhẹ, giảm tiếng ồn và hạn chế tác động đến môi trường Mặc dù hệ truyền động F-Đ có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn còn nhiều hạn chế cần khắc phục để đáp ứng yêu cầu của quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa.
.Hệ XA-Đ thì cần phải có 1 thêm 1 bộ biến đổi tính kinh tế không cao.
Hệ truyền động T - Đ sở hữu hệ số khuyếch đại lớn, giúp tự động hóa dễ dàng nhờ vào khả năng tác động nhanh và chính xác, đồng thời giảm thiểu công suất tổn hao Với kích thước nhỏ gọn, hệ thống này mang lại hiệu quả cao trong ứng dụng.
XÁC ĐỊNH VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC
Phân tích, lựa chọn mạch động lực
Theo yêu cầu đề tài sử dụng bộ biến đổi chỉnh lưu có điều khiển cầu 3 pha nên ta sẽ đi phân tích bộ biến đổi này.
3.1.1 Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha không có điôt không
Hình 3.1 Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha 3.1.2 Sơ đồ mạch động lực
Dựa vào hình 3.1.1 sơ đồ gồm :
- Nguồn cấp 3 pha xoay chiều.
- Các diện trở R, động cơ (Đ), Cuộn kích từ (CKĐ), cuộn kích(CK).
- Một máy biến áp 3 pha.
- Ba pha Thyristor nối với tải như hình.
Khi chưa có D0 Giản đồ điện áp và dòng điện như sau :
Hình 3.2 Giản đồ điện áp 3.1.3 Các thông số cơ bản động cơ truyền động hệ thống được chọn với các thông số sau:
- Công suất định mức của động cơ: Pđm=2,2 (KW).
- Điện áp địmh mức mạch phần ứng: Uđm= 220 (V).
- Dòng điện định mức mạch phần ứng: Iđm (A).
- Tốc độ định mức của động cơ: nđm 00 (v/p)
- Điện trở cuộn dây phần ứng: Rư = 2.775 ().
- Điện cảm cuộn dây phần ứng : Lư = 0.0961 (H).
3.1.4 Máy biến áp động lực
Máy biến áp động lực là thiết bị quan trọng giúp chuyển đổi nguồn điện xoay chiều từ lưới điện thành nguồn điện xoay chiều phù hợp, phục vụ cho các bộ biến đổi.
- Công suất MBA : Vì là bộ biến đổi cầu ba pha nên
- Chọn mạch từ ba trụ tiết diện mỗi trụ được tính theo công thức kinh nghiệm sau:
Trong đó k = 4 5 nếu là máy biến áp dầu k = 5 6 nếu là MBA nhỏ
S = công suất biểu kiễn của MBA f = tần số nguồn xoay chiều ở đây ta thiết kế với MBA nhỏ và chọn K=6 ta có
Ta có số vòng cuộn sơ cấp MBA là. n= = = 383 vòng
- Điện áp dây thứ cấp là:U 2đm Uđm.k1.k2.k3.k4
Trong đó : k1 : Hệ số sơ đồ chỉnh lưu : k2 : Hệ số tính đến sự dao động trong phạm vi cho phép của điện áp lưới k2
= 1,05 1,1 Chọn k2 = 1,05. k3 : Hệ số tính đến góc điều khiển min 0 k3 = 1 1,15
Chọn k3 = 1,15. k4 : Hệ số tính đến sụt áp trên điện trở thuần của nguồn cung cấp và sụt áp trên điện cảm nguồn do chuyển mạch. k4 = 1,15 1,25 chọn k4 = 1,2.
- Trị hiệu dụng dòng thứ cấp máy biến áp
- Tỉ số MBA là : Kba =.
- Dòng sơ cấp máy biến áp
- Tính toán các thông số của máy biến áp
+ Điện trở dây quấn: rBA = Kr = 2,5 = 0,52(Ω)
Hệ số Kr phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu và đặc điểm của tải Theo bảng II-2 ĐTTCSL, giá trị Kr được xác định là 2,5 cho máy biến áp đấu Y/Y với tải cảm kháng và sử dụng sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha.
C : Số trụ của máy biến áp: C = 3 trụ. f = 50 Hz : Tần số nguồn cung cấp
+ Điện kháng của cuộn dây máy biến áp
Trong đó Kn = 0,1.10 -3 là hệ số phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu và đặc tính phụ thuộc tải tra bảng 22 Điện Tử Công Suất Lớn.
+ Điện áp rơi trên điện trở máy biến áp.
+ Điện áp rơi trên điện kháng tải của máy biến áp.
+ Điện áp rơi trên các van ( chọn sụt áp trên các van ) UV = 2 (V).
+ Điện áp rơi trên cuộn kháng bộ lọc = 2 % điện kháng tải :
+ Điện áp chỉnh lưu không tải là :
Tiristor là thiết bị bán dẫn để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện
Để đảm bảo động cơ 1 chiều hoạt động hiệu quả với kích từ động lập, việc lựa chọn các Tiristor cần dựa vào sơ đồ chỉnh lưu Các van chỉnh lưu phải được chọn lựa kỹ lưỡng để đảm bảo tính tin cậy và an toàn trong điều kiện làm việc khắc nghiệt, đặc biệt khi tải thay đổi Cụ thể, cần chú ý đến khả năng chịu đựng của các van khi điện áp chỉnh lưu đạt giá trị tối đa tại góc điều khiển = min.
Trong đó Kđt : Hệ số dự trữ dòng điện qua van, thường Kđt =1,82 chọn K đt = 2.
Kung: Hệ số dự trữ điện áp thường Kung =1,2 1,5 chọn K ung = 1,4.
Ungmax: giá trị điện áp ngược lớn nhất đặt vào mạch các cực K-A của van
IT: Giá trị tính toán của dòng điện trung bình qua van đối với sơ đồ chỉnh lưu
Trong đóm: số pha nguồn (m=3)
U2: Trị hiệu dụng của điện áp pha thứ cấp máy biến áp động lực
Dòng điện cung cấp cho động cơ được điều chỉnh bởi bộ chỉnh lưu, và giá trị này tương ứng với giá trị trung bình của dòng điện tải Đối với sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha, giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu được xác định qua một công thức cụ thể.
Dựa trên các kết quả tính toán và tiêu chí lựa chọn Tiristor trong sách điện tử công suất lớn, Tiristor được sản xuất tại Liên Xô có những thông số kỹ thuật đáng chú ý.
Bảng 3.1 Bảng chọn Thyristor cho sơ đồ chỉnh lưu
Tính chọn các thiết bị mạch bảo vệ mạch động lực
3.2.1 Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn
Khi dòng điện chạy qua van bán dẫn, sẽ xảy ra sụt áp dẫn đến tổn hao công suất ∆P, tạo ra nhiệt làm nóng van Để đảm bảo van hoạt động an toàn, cần duy trì nhiệt độ dưới mức cho phép TCP, vì nếu vượt quá, van sẽ bị hỏng Do đó, việc lựa chọn và thiết kế hệ thống tản nhiệt hợp lý là rất quan trọng để ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt.
Tính toán cánh tản nhiệt:
- Tổn thất công suất trên một thyristor.
- Diện tích bề mặt toả nhiệt.
∆P: Tổn hao công suất (W) ; τ: Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường
Km: Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ Chọn Km = 8 W/m 2 0 C
Tlv,Tmt: Nhiệt độ làm việc và nhiệt độ của môi trường ( 0 C)
Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 40 0 C Nhiệt độ làm việc cho phép của thyristor
Tcp= 125 0 C Chọn nhiệt độ trên cánh tản nhiệt Tlv 0 C. τ = Tlv - Tmt = 80 - 40 = 40 0 C ; Vậy: Sm = = 0,559 m 2 ;
Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thước mổi cánh là a × b = 16 × 16 (cm × cm).
Tổng diện tích của cánh tản nhiệt.
3.2.2 Bảo vệ quá dòng cho van
Aptomat là thiết bị quan trọng trong việc đóng cắt mạch động lực, đồng thời tự động bảo vệ hệ thống khỏi tình trạng quá tải và ngắn mạch thyristor Nó cũng có chức năng bảo vệ ngắn mạch đầu ra của bộ biến đổi, cũng như ngắn mạch thứ cấp của máy biến áp và trong chế độ nghịch lưu.
Idm =k I =1,1 I1=1,1 10= 19,05 A ; Với I1: là dòng điện sơ cấp máy biến áp. k: Hệ số an toàn.
Udm = 220 V ; Aptomat có ba tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện. Chỉnh định dòng ngắn mạch.
- Chọn cầu dao có dòng định mức.
ICD = IdmAP = 19,05 A ; Cầu dao dùng để tạo khoảng cách an toàn khi sửa chữa hệ truyền động.
Căn cứ vào các kết quả tính toán và tiêu chí lựa chọn, chúng tôi đã xác định các thông số của ATM tra sách điện tử công suất lớn do Liên Xô chế tạo.
Mã hiệu Iđm Uđm Ixk Thời gian
Bảng 3.2 Bảng chọn Aptomat bảo vệ cho sơ đồ
- Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các thyristor, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu.
Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1CC là:
Dòng điện định mức dây chảy nhóm 2CC là:
Dòng điện định mức dây chảy nhóm 3CC là:
I3CC = 1,1 Idm = 1,1 19,05 = 21 A ; Vậy chọn cầu chảy nhóm:
1CC loại 15 A ; 2CC loại 15 A ; 3CC loại 25 A ĐIỆN ÁP TỰA ĐP
XÂY DỰNG VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN
Giới thiệu mạch điều khiển
Hình 4.1 Sơ đồ khối điều khiển thyristor.
Trong thực tế, có hai nguyên tắc điều khiển phổ biến được sử dụng: "Thẳng đứng tuyến tính" và "Thẳng đứng arccos" Những nguyên tắc này giúp thực hiện vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên thyristor.
*Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính:
Theo nguyên tắc này người ta thường dùng hai điện áp:
- Điện áp đồng bộ (Us), đồng bộ với điện áp đặt trên anôt – catôt của thyristor, thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh.
- Điện áp điều khiển (Ucm ), là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ. Thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh.
Do vậy hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là: Ud = Ucm – Us ;
Khi Us = Ucm, quá trình so sánh lật trạng thái dẫn đến việc giảm điện áp đầu ra của khâu so sánh Sự giảm này, thông qua đa hài, tạo ra một trạng thái bền ổn định và phát sinh xung điều khiển.
Hình 4.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
Như vậy bằng cách làm biến đổi Ucm, ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra, tức là điều chỉnh góc α.
Giữa α và Ucm có quan hệ sau :
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos :
Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp :
- Điện áp đồng bộ Us, vượt trước UAK = Um Sinωt của thyristor một góc π/2
- Điện áp điều khiển Ucm là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ theo hai chiều dương và âm.
Khi đặt Us vào cổng đảo và Ucm vào cổng không đảo của khâu so sánh, nếu Us = Ucm, sẽ tạo ra một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này chuyển trạng thái.
Khi Ucm = 0 thì α Khi Ucm = - Um thì α = π ;
Hình 4.3 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss
Như vậy, khi điều chỉnh Ucm từ trị Ucm = +Um, đến trị Ucm = -Um ta có thể điều chỉnh được góc α từ 0 đến α.
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arcos” được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao.
4.1.3.Các khâu cơ bản của mạch điều khiển:
Có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa đồng bộ với điện áp lưới, cho phép xác định được góc điều khiển α
Hình 4.4 Các khâu đồng pha
Nguyên lý sơ đồ a : Khi điện áp UA > 0 điốt D1 dẫn làm cho tụ c ngắn mạch nên
Khi URC = 0 và UA < 0, tụ D1, D2 bắt đầu nạp với hằng số thời gian R2.C Tụ sẽ tiếp tục nạp cho đến khi |URC| < |UA|, sau đó bắt đầu xả khi |URC| > |UA| Khi tụ xả hết, điện áp Urc trở về 0 Độ dài của phần biến thiên tuyến tính của điện áp không bao phủ hết 180°, dẫn đến việc góc mở van lớn nhất bị giới hạn Điều này có nghĩa là điện áp tải không thể điều khiển từ 0 đến cực đại, mà chỉ có thể điều khiển từ một giá trị nhất định đến cực đại.
Nguyên lý sơ đồ hình b được sử dụng để khắc phục nhược điểm về dải điều chỉnh của sơ đồ hình a bằng cách áp dụng sơ đồ tạo điện áp tựa Khi điện áp UA lớn hơn 0, transistor Tr sẽ khóa và tụ C nạp điện Ngược lại, khi UA nhỏ hơn 0, transistor dẫn và tụ C xả, tạo ra điện áp răng cưa Điện áp tựa này có sự biến thiên tuyến tính, bao phủ toàn bộ nửa chu kỳ điện áp.
Do vậy, khi cần điều khiển điện áp từ 0 tới cực đại là hoàn toàn có thể đáp ứng được.
Với sự phát triển của linh kiện ghép quang, sơ đồ tạo điện áp tựa bằng bộ ghép quang trở nên khả thi, như minh họa trong hình c Nguyên lý và chất lượng điện áp tựa của hai sơ đồ ở hình b cho thấy điện áp nằm phía trên trục hoành, do sử dụng tranzitor npn Sơ đồ hình c có ưu điểm nổi bật là không cần biến áp đồng pha, giúp đơn giản hóa quá trình chế tạo và lắp đặt.
Tất cả các sơ đồ trên đều gặp phải vấn đề chung là độ chính xác khi mở và khóa các tranzitor trong vùng điện áp gần 0 là không đủ, dẫn đến việc nạp và xả tụ không đạt yêu cầu trong khu vực điện áp lưới gần 0.
Hiện nay, vi mạch ngày càng được sản xuất với chất lượng cao hơn và kích thước nhỏ gọn hơn Việc ứng dụng vi mạch trong thiết kế mạch đồng pha giúp cải thiện đáng kể chất lượng điện áp tựa Sơ đồ mô tả quá trình tạo điện áp tựa sử dụng khếch đại thuật toán.
So sánh hai tín hiệu Uđf và Udk là cần thiết để xác định thời điểm phát xung điều khiển cho thyristor Nguyên tắc là sườn trước của xung điều khiển nên càng đứng càng tốt.
Một số sơ đồ khâu so sánh thường gặp như sau ta chọn hình 4.5.
Để xác định thời điểm mở thyristor, cần so sánh hai tín hiệu Udk và Urc Việc so sánh này có thể được thực hiện bằng tranzitor, như minh họa trong hình 4.5a Khi Udk bằng Urc, đầu vào tranzitor sẽ chuyển trạng thái từ khóa sang mở, hoặc ngược lại, dẫn đến sự thay đổi điện áp ra Thời điểm này chính là thời điểm cần mở thyristor.
Mức độ mở bảo hòa của thyristor (Tr) phụ thuộc vào hiệu điện áp Udk ± Urc = Ub, trong đó hiệu điện áp này chỉ dao động trong khoảng vài mV Điều này khiến thyristor không hoạt động ở chế độ đóng cắt như mong muốn, dẫn đến việc thời điểm mở thyristor thường bị lệch xa so với điểm mở lý tưởng tại Udk = Urc.
Khếch đại thuật toán có hệ số khếch đại rất lớn, cho phép đầu ra phản ứng với tín hiệu đầu vào nhỏ (khoảng àV) Do đó, việc ứng dụng khếch đại thuật toán trong các khâu so sánh là hợp lý Các sơ đồ so sánh sử dụng khếch đại thuật toán, như hình 3-6b và 3-6c, rất phổ biến trong các thiết kế hiện nay Một ưu điểm nổi bật của các sơ đồ này là khả năng phát xung điều khiển chính xác tại Udk = Urc.
Hình 4.6 Sơ đồ so sánh hai tín hiệu khác dấu.
Để mở thyristor trong mạch khếch đại cuối cùng, thường sử dụng tranzitor công suất và biến áp xung để tạo xung dạng kim Hệ thống bao gồm tranzitor (Tr), diot bảo vệ (D) và cuộn dây sơ cấp biến áp xung nhằm bảo vệ Tr khi khóa đột ngột Mặc dù sơ đồ này có thiết kế đơn giản, nhưng không được áp dụng rộng rãi do hệ số khếch đại của tranzitor loại này thường không đủ lớn để khếch đại tín hiệu từ khâu so sánh.
Tầng khếch đại cuối cùng sử dụng sơ đồ Darlington, như hình 4.5b, là một giải pháp phổ biến trong thực tế Sơ đồ này có khả năng đáp ứng tốt yêu cầu về khếch đại công suất nhờ vào việc hệ số khếch đại được nhân lên theo thông số của các transistor.
Trong điều khiển xung, độ rộng xung thường chỉ cần từ 10 đến 200 µs, với thời gian mở của các transistor công suất tối đa là 0,01s, dẫn đến công suất tỏa nhiệt dư lớn và kích thước dây quấn sơ cấp biến áp cũng tăng lên Để giảm thiểu công suất tỏa nhiệt và kích thước dây quấn sơ cấp của máy biến áp xung, có thể sử dụng tụ nối tầng, giúp giảm đáng kể dòng điện hiệu dụng bằng cách chỉ cho phép dòng điện chạy qua trong thời gian nạp tụ.
Hình 4.7 Sơ đồ các khâu khếch đại và phân phối xung : a) Bằng tranzitor công suất, b) Bằng sơ đồ Darlington, c) Sơ đồ có tụ nối tầng ;
Hình 4.9 Đồ thị dạng sóng của khâu tạo xung chùm.
Sơ đồ mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động
Từ các khâu đã giớ thiệu ở trên ta chọn được sơ đồ nguyên lý 2 kênh điều khiển như hình 4.10.
Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý 2 kênh mạch điều khiển
Hiện nay đã có nhiều hãng chế tạo các vi xử lý chuyên dụng để điều khiển các
Hình 4.11 Giản đồ các đường cong mạch điều khiển
Tính toán các thông số mạch điều khiển
Sơ đồ một kênh điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha được thiết kế theo sơ đồ hình
*Tính toán mạch điều khiển thường được tiến hành từ tầng khếch đại ngược trở lên.
Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở thyristor.
Các thông số cơ bản để tính mạch điều khiển: Điện áp điều khiển thyristor: Udk =3,0V;
Dòng điện điều khiển thyristor: Idk= 200 mA:
Thời gian mở thyristor: tm P às; Độ rộng xung điều khiển: tx= 167 às; (tương đương với 3 0 điện);
Tần số xung điều khiển: fx =3 kHz; Độ mất đối xứng cho phép: ∆α = 4 0 ; Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: U = ± 15 V;
Mức sụt biên độ xung: Sx =0,15
Yêu cầu đối với BAX là tạo xung theo yêu cầu, đồng thời cách ly mạch điều khiển và mạch động lực Ngoài ra, BAX cần dễ dàng phân bố xung đến các cực điều khiển của Tiristor.
- Chọn tỷ số biến áp của BAX: Thông thường BAX được thiết kế có tỷ số biến áp là n = 2 3 vậy chọn n = 2.
Tính toán với BAX với n = 2 yêu cầu tạo ra các xung có thông số (A), (V) và độ rộng xung điều khiển Mạch từ của BAX được chọn với vật liệu 330, loại chữ E, bao gồm 3 trụ làm việc trên một phần của đặc tính từ hóa với B = 0,7(T).
4.3.2 Tính chọn khâu đồng pha Điện áp tựa được hình thành do sự nạp của tụ C1 Mặt khác để bảo đảm điện áp tựa có trong nữa chu kỳ điện áp lưới là tuyến tính thì hằng số thời gian tụ nạp được.
Chọn tụ C1 = 0,1 àF, thỡ điện trở R3 = = 50 10 3 Ω ;
Vậy R3 = 50 kΩ ; Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp ráp mạch, R3 thường chọn là biến trở lớn hơn 50 kΩ Chọn tranzitor Tr1 loại A564 có các thông số sau:
- Tranzitor loại P-N-P, làm bằng silic.
- Điện áp giữa colectơ và bazơ khi hở mạch emitơ là: UCBO = 25 V ;
- Điện áp giữa emitơ và bazơ khi hở mạch colectơ là: UEBO = 7 V;
- Dòng điện lớn nhất ở colectơ có thể chịu đựng: ICmax = 100 mA ;
- Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp: Tcp = 150 0 C ;
- Dòng điện làm việc cực đại của bazơ: IB3 = = 0,4 mA ;
- Điện trở R2 để hạn chế dòng điện đi vào bazơ của tranzitor Tr1 và được chọn như sau:
Chọn điện áp xoay chiều đồng pha: UA = 9 V ; Điện trở R1 để hạn chế dòng điện đi vào khếch đại thuật toán A1, thường chọn
R1 sao cho dòng vào khếch đại thuật toán IV < 1 mA.
4.3.3 Tính chọn khâu so sánh
Khếch đại thuật toán đã chọn loại TL 084.
Chọn R4 = R5 > = 6 kΩ ; Trong đó nếu nguồn nuôi Vcc = ± 12 V thì điện áp vào A3 là UV ≈ 12 V Dòng điện vào được hạn chế để Ilv < 1 mA.
Do đó ta chọn R4 = R5 = 15 kΩ, khi đó dòng điện vào A3 là:
* Phản hồi âm dòng điện
Ta có hệ số phản hồi âm dòng điện: β= (4.1)
Với U*imax = 40(V), Id max = IT = 3,3 = 4,7A
Thay vào công thức 4.1 ta tính được β = = 8,5
Máy phát tốc là thiết bị điện nhỏ gọn, hoạt động như một máy phát, có chức năng chuyển đổi chuyển động của trục thành tín hiệu điện áp.
Phương trình đặc tính của máy phát tốc:
UF: Là điện áp ra của máy phát tốc
K, K1: Là hệ số khuếch đại n: Là vận tốc quay của roto (vòng/phút) α: Là góc quay
Chọn máy phát tốc ZYS-1A có hằng số thời gian: Tω = 0,01 (s), I=0,8(A), P=4,4W
Chọn Ucđ = 5 (V) là điện áp ra của máy phát tốc được đưa vào khâu khuếch đại trung gian.
* Phản hồi âm tốc độ:
Ta có hệ số phản hồi âm tốc độ: γ = (4.2)
Thay vào công thức 4.2 ta tính được γ = = 0,0025
4.3.5 Tính chọn bộ tạo xung chùm
Mỗi kênh điều khiển phải dùng bốn khếch đại thuật toán, do đó ta chọn IC loại
TL 084 do hãng Texas Intruments chế tạo các IC này có khếch đại toán.
Các thông số của TL 084:
- Điện áp nguồn nuôi: Vcc = ± 15 V ;
- Hiệu điện thế giữa hai đầu vào: U = ± 30 V ;
- Công suất tiêu thụ: P = 680 mW = 0,68 W ;
- Tổng trở đầu vào: Rin = 10 6 MΩ ;
- Dòng điện đầu ra: Ira = 30 pA ;
- Tốc độ biến thiờn điện ỏp cho phộp: = 13 V/às ;
Hình 4.13 Sơ đồ chân IC TL084
Mạch tạo xung chùm có tần số f = = 3 kHz, hay chu kỳ của xung chùm:
Chọn tụ C2 = 0,1 àF, cú điện ỏp U = 16 V suy ra R8 = 1,518 Ω ; Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp mạch, ta chọn R8 là biến trở 2Ω
4.3.6 Tính tầng khếch đại cuối cùng
Tầng khuếch đại xung sử dụng tranzito ngược mắc theo cầu Dalingtor, được lựa chọn dựa trên thông số của các biến áp xung với u1 (v) và I1=I2=0,21 (A) Tranzito Tr1 hoạt động ở chế độ xung, với loại 605 có các thông số kỹ thuật cụ thể.
Ta chọn IB1=IC/ =0,21/20 =0,01(A) (mA).
Để giảm thiểu sự mất đối xứng trong tín hiệu, nên sử dụng dòng điện nhỏ hơn và thêm tầng khuếch đại trung gian Tr2 hoạt động ở chế độ khuếch đại Loại transistor M25 có thông số kỹ thuật quan trọng như VCE = 40 (V), ICmax = 300 (mA) và hệ số khuếch đại khoảng 25, do đó cần chọn Tr2 có hệ số phù hợp.
Cần thiết phải tạo nguồn điện áp U ± 15 V để cung cấp cho máy biến áp xung nuôi IC, cũng như các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ và điện áp đặt tốc độ.
Chúng tôi sử dụng mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển với 6 điôt để tạo ra điện áp -15 V và +15 V Điện áp thứ cấp của máy biến áp nguồn cung cấp cho mạch này là yếu tố quan trọng cần xác định.
Việc xây dựng nguồn ổn áp một chiều bằng thyristor gặp khó khăn do yêu cầu tính toán phức tạp và kỹ thuật chuyên môn cao Tuy nhiên, sự xuất hiện của vi mạch ổn áp 7812 và 7912 đã đơn giản hóa quy trình này, khiến chúng trở thành lựa chọn phổ biến trong thực tế.
Vi mạch IC 7812 thường có ba chân, chân đầu vào, chân đầu ra và chân nối đất.
Do có nhiều hãng sản xuất ra loại IC này do đó hình dáng bên ngoài và thứ tự của các chân có khác nhau.
*Sử dụng các đi ốt mắc ngược nhau để tạo ra 2 nguồn 1 chiều +15V và -15V. c c c c
Hình 4.14 Sơ đồ nguồn nuôi 4.3.8 Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha
Máy biến áp được thiết kế để phục vụ cho việc tạo điện áp đồng pha và cung cấp nguồn nuôi Loại máy biến áp được chọn là ba pha ba trụ, với mỗi trụ có ba cuộn dây, bao gồm một cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp.
- Điện áp lấy ra ở thứ cấp máy biến áp làm điện áp đồng pha, và làm điện áp của nguồn nuôi.
- Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha.
- Công suất nguồn nuôi cấp cho máy biến áp xung.
- Công suất tiêu thụ ở 6 IC TL 084 sử dụng làm khếch đại thuật toán, ta chọn hai IC TL 084 để tạo 6 cổng AND.
- Công suất máy biến áp xung cấp cho cực điều khiển thyristor.
- Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi.
- Công suất của máy biến áp có kể đến 5% tổn thất trong máy.
- Dòng điện thứ cấp máy biến áp.
- Dòng điện sơ cấp máy biến áp.
4.3.9 Tính chọn điôt cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi
Dòng điện hiệu dụng qua điôt.
- Điện áp ngược lớn nhất mà điốt phải chịu.
- Chọn điôt có dòng định mức.
- Chọn điôt có điện áp ngược lớn nhất.
Un = Ku UNmax = 2 22 = 44 V ; Vậy chọn điôt loại KIT 208A có các thông số sau:
+ Dòng điện định mức: Idm = 1,5 A ;
+ Điện áp ngược cực đại của điôt: UN = 100 V ;
Thiết kế cuộn kháng lọc
4.4.1 Xác định góc mở cực tiểu và cực đại
Chọn góc mở cực tiểu αmin = 0 0
Khi góc mở nhỏ nhất α = αmin thì điện áp trên tải lớn nhất:
Ud max = Ud0 Cosαmin = Ud dm và lúc này tương ứng với tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax = ndm.
Khi góc mở lớn nhất α = αmax, thì điện áp trên tải là nhỏ nhất:
Ud min = Ud0 Cosαmax và lúc này tương ứng với tốc độ động cơ sẽ là nhỏ nhất n nnin.
Ta có: αmax = arcos() = arcos() = arcos() (3-3) Trong đó Ud min được xác định như sau:
D = Ud min Ud min Ud min Thay số vào ta có:
Ud min Vậy: Ud min = 41,65 V.
Thay Ud min vào công thức (3-3) ta có: αmax = arcos() = arcos() = 80,57 0
4.4.2 Xác định các thành phần sóng hài Để thuận tiện cho việc khai triển chuổi Fourier, ta chuyển gốc toạ độ sang θ1, khi đó điện áp tức thời trên tải khi thyristor T1 và T4 dẫn:
Điện áp tức thời trên tải Ud được tính bằng công thức Ud = Uab = U2 cos(θ - α), trong đó θ = Ω.t Điện áp này không có dạng sin và tuần hoàn với chu kỳ τ, với p = 6 là số xung đập mạch trong một chu kỳ điện áp lưới.
Khi khai triển chuổi Fourier của điện áp Ud:
Vậy ta có biên độ của điện áp:
4.4.3 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc
Khi góc mở tăng, biên độ sóng hài bật cao cũng tăng, dẫn đến sự gia tăng đập mạch của điện áp và dòng điện Điều này ảnh hưởng xấu đến chế độ chuyển mạch của vành góp và gây tổn hao nhiệt trong động cơ Để giảm thiểu đập mạch, cần mắc nối tiếp một cuộn kháng lọc lớn với động cơ để đảm bảo Im ≤ 0,1 Iưdm.
Cuộn kháng lọc không chỉ giúp giảm thiểu các thành phần sóng hài bậc cao mà còn hạn chế vùng dòng điện gián đoạn Điện kháng lọc được tính toán khi góc mở α đạt giá trị tối đa αmax.
Công thức cân bằng điện áp trong mạch xoay chiều được thể hiện qua phương trình Ud + u~ = E + Rư∑ Id + Rư∑ I~ + L Để cân bằng hai vế, ta có u~ = R i~ + L, trong đó R i~
