Đề Tài: Thiết kế mạch khởi động mềm cho động vơ AC 3 pha

Chia sẻ: Nguyen Van Tuan | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:67

Thêm vào BST

Báo xấu

554
lượt xem 188
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Động cơ không đồng bộ ba pha được dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc với độ tin cậy, nhưng có nhược điểm là dòng điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lưới điện.Vì vậy đề tài của chúng em là phải nghiên cứu và thiết kế bộ khởi động mềm để điều khiển sao cho có thể làm hạn chế dòng điện khởi động , đồng thời điều chỉnh tăng mô men mở máy một cách hợp lý, cho nên các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn,...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề Tài: Thiết kế mạch khởi động mềm cho động vơ AC 3 pha

TIỂU LUẬN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đ Ề TÀI: THIẾT KẾ MẠCH KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ AC 3 PHA Sinh viên thực hiện Giáo Viên Giảng dạy: 57 - 1.Nguyễn Văn Tuấn (10058371) Trần Văn Hùng 2.Trần Minh Cường(10080181)
Chuong I: TỔNG QUÁT 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Những thành tựu của khoa học và kỹ thuật đã có nhiều ứng dụng rất lớn trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp hiện nay. Đã đem đến cho chúng ta vô số những thành quả to lớn như ứng dụng điều khiển các thiết bị điện, động cơ điện như quạt và động cơ bơm….. Nội dung chính của đề tài mà chúng em thực hiện là -TÍNH TOÁN VÀTHIẾT KẾ MẠCH -MÔ PHỎNG MẠCH Động cơ không đồng bộ ba pha được dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc với độ tin cậy, nhưng có nhược điểm là dòng điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lưới điện.Vì vậy đề tài của chúng em là phải nghiên cứu và thiết kế bộ khởi động mềm để điều khiển sao cho có thể làm hạn chế dòng điện khởi động , đồng thời điều chỉnh tăng mô men mở máy một cách hợp lý, cho nên các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn, tăng tuổi thọ làm việc an toàn cho động cơ. Ngoài việc tránh dòng đỉnh trong khi khởi động động cơ, còn làm cho điện áp nguồn ổn định hơn không gây ảnh hưởng xấu đến các thiết bị khác trong lưới điện. 1.2. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ Ứng dụng của bộ khởi động mềm có ý nghĩa rất lớn và rất quan trọng trong công nghiệp vì nó tiết kiệm điện năng rất lớn, tăng tuổi thọ làm việc của động cơ hoạt động và không ảnh hưởng đến các thiết bị khác trong lưới điện khi động cơ vận hành.Ứng dụng này rất có giá trị để điều khiển điện áp đặt vào động cơ sẽ giảm dòng khởi động xuống còn 1.5 đến 3 lần dòng định mức, phụ thuộc vào chế độ tải vì khi động cơ được đóng trực tiếp vào lưới điện dòng khởi động của động cơ không đồng bộ sẽ rất lớn từ 5 đến 7 lần đồng định mức.Điều này gây ảnh hưởng rất lớn đến các thiết bị dùng điện khác nhất là khi công suất lưới bị giới hạn hay ở cuối đường dây có sụt áp lớn.Có thể tăng dần điện áp theo một chương trình thích hợp để điện áp tăng tuyến tính từ một giá trị xác định đến điện áp định mức.
1.3. GIỚI HẠN VẤN ĐỀ Đề tài “ THIẾTKẾ MẠCH KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ AC 3 PHA” có thể giải quyết được vấn đề giảm dòng khởi cho động cơ khi khởi động và điều khiển điện áp ở đầu cực động cơ nhưng vẫn hạn chế là chưa thể nghiên cứu sâu hơn nữa những tính năng thực của bộ khởi động mềm được bán trên thị trường hiện nay như: bảo vệ quá nhiệt cho động cơ, tích hợp hình thức giao tiếp mạng kiểu Modbus, điều khiển kết hợp với contactor nối tắt khi điều khiển xong tránh tổn hao nhiệt, có các ngõ vào ra đa chức năng. Do thời gian thực hiện đề tài này chỉ trong 6 tuần,với kiến thức cũng còn hạn chế nên cũng gặp nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện.Nhưng chúng em đã cố gắn để hoàn thành tốt đề tài này. Nhóm đã thực hiện nghiên cứu đề tài với những đặc điểm chính sau đây: Thiết kế mạch điều khiển trong bộ khởi động mềm Lập trình bằng vi điều khiển AT89S52 Thiết kế mạch động lực 1.4. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đề tài chúng em tìm hiểu về động cơ không đồng bộ 3 pha và nghiên cứu và thiết kế bộ khởi động mềm. Mục đích thực hiện của đề tài là nghiên cứu nguyên lý và thiết kế mạch điện tử cũng như tìm hiểu về tập lệnh của vi điều khiển để lập trình điều khiển động cơ. Trong quá trình thực hiện đề tài này cũng có nhiều sai sót hy vọng quý thầy thông cảm và bỏ qua,chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy.
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 2.1.1 Đại cương về động cơ không đồng bộ Động cơ không đồng bộ ba pha do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành rẽ nên được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân, nhất là loại công suất dưới 100 kW. Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất nhất là loại rôto lồng sóc đúc nhôm) nên chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ công suất nhỏ và trung bình.Nhược điểm của động cơ này là điều chỉnh tốc độ khó khăn và dòng điện khởi động lớn thường bằng 6-7 lần dòng điện định mức. Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông cơ không đồng bộ rôto lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động lên. Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể điều chỉnh tốc được tốc độ trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn mà
dòng khởi động không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với với loại rôto lồng sóc, do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn. Động cơ điện không đồng bộ được sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 và kiểu kín IP44. Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng tâm đặt ở hai đầu rôto động cơ điện. Trong các động cơ rôto lồng sóc đúc nhôm thì cánh quạt nhôm được đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch. Loại động cơ điện theo cấp bảo vệ IP44 thường nhờ vào cánh quạt đặt ở ngoài vỏ máy để thổi gió ở mặt ngoài vỏ máy, do đó tản nhiệt có kém hơn do với loại IP23 nhưng bảo dưỡng máy dễ dàng hơn. Hiện nay các nước đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo dãy tiêu chuẩn. Dãy động cơ không đồng bộ công suất từ 0,55-90 KW ký hiệu là K theo tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 được ghi trong bảng 10-1 (Trang 228 TKMĐ). Theo tiêu chuẩn này, các động cơ điện không đồng bộ trong dãy điều chế tạo theo kiểu IP44. Ngoài tiêu chuẩn trên còn có tiêu chuẩn TCVN 315-85, quy định dãy công suất động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc từ 110 kW-1000 kW, gồm có công suất sau: 110,160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 và 1000 kW. Ký hiệu của một động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc được ghi theo ký hiệu về tên gọi của dãy động cơ điện, ký hiệu về chiều cao tâm trục quay, ký hiệu về kích thước lắp đặt dọ trục và ký hiệu về số trục. 2.1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ Động cơ không đồng bộ ba pha có hai phần chính: stato (phần tĩnh) và rôto (phần quay). Stato gồm có lõi thép trên đó có chứa dây quấn ba pha. Khi đấu dây quấn ba pha vào lưới điện ba pha, trong dây quấn sẽ có các dòng điện chạy, hệ thống dòng điện này tao ra từ trường quay, quay với tốc độ: f1 n1 = 60 * p Trong đó:
-f1: tần số nguồn điện -p: số đôi cực từ của dây quấn Phần quay, nằm trên trục quay bao gồm lõi thép rôto. Dây quấn rôto bao gồm một số thanh dẫn đặt trong các rãnh của mạch từ, hai đầu được nối bằng hai vành ngắn mạch. n1 N1 F dt n2 n2 F dt n1 s1 Từ trường quay của stato cảm ứng trong dây rôto sức điện động E, vì dây quấn stato kín mạch nên trong đó có dòng điện chaỵ. Sự tác dụng tương hổ giữa các thanh dẫn mang dòng điện với từ trường của máy tạo ra các lực điện từ Fđt tác dụng lên thanh dẫn có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái. Tập hợp các lực tác dụng lên thanh dẫn theo phương tiếp tuyến với bề măt rôto tạo ra mômen quay rôto. Như vậy, ta thấy điện năng lấy từ lưới điện đã được biến thành cơ năng trên trục động cơ. Nói cách khác, động cơ không đồng bộ là một thiết bị điện từ, có khả năng biến điện năng lấy từ lưới điện thành cơ năng đưa ra trên trục của nó. Chiều quay của rôto là chiều quay của từ trường, vì vậy phụ thuộc vào thứ tự pha của điện áp lưới đăt trên dây quấn stato. Tốc độ của rôto n2 là tốc độ làm việc và luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường và chỉ trong trường hợp đó mới xảy ra cảm ứng sức điện động trong dây quấn rôto. Hiệu số tốc độ quay của từ trường và rôto được đặc trưng bằng một đại lượng gọi là hệ số trượt s:
n1 − n 2 s= n1 Khi s=0 nghĩa là n1=n2, tốc độ rôto bằng tốc độ từ trường, chế độ này gọi là chế độ không tải lý tưởng (không có bất cứ sức cản nào lên trục). Ở chế độ không tải thực, s≈0 vì có một ít sức cản gió, ma sát do ổ bi … Khi hệ số trượt bằng s=1, lúc đó rôto đứng yên (n2=0), momen trên trục bằng momen mở máy. Hệ số trượt ứng với tải định mức gọi là hệ số trựơt định mức. Tương ứng với hệ số trượt này gọi tốc độ động cơ gọi là tốc độ định mức. Tốc độ động cơ không đồng bộ bằng: n2 = n1 * (1 − s) Một đăc điểm quan trọng của động cơ không đồng bộ là dây quấn stato không được nối trực tiếp với lưới điện, sức điện động và dòng điện trong rôto có được là do cảm ứng, chính vì vậy người ta cũng gọi động cơ này là động cơ cảm ứng. Tần số dòng điện trong rôto rất nhỏ, nó phụ thuộc vào tốc độ trựơt của rôto so với từ trường: n1 − n2 p * n1 * ( n1 − n2 ) f2 = p * = = s * f1 60 60 * n1 Động cơ không đồng bộ có thể làm việc ở chế độ máy phát điện nếu ta dùng một động cơ khác quay nó với tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ, trong khi các đầu ra của nó được nối với lưới địện. Nó cũng có thể làm việc độc lập nếu trên đầu ra của nó được kích bằng các tụ điện. Động cơ không đồng bộ có thể cấu tạo thành động cơ một pha. Động cơ một pha không thể tự mở máy được, vì vậy để khởi động động cơ một pha cần có các phần tử khởi động như tụ điện, điện trở …
Khi nam châm điện quay ( tốc độ n1 vòng/ phút ) làm đường sức từ quay cắt qua các cạnh của khung dây cảm ứng gây nên sức điện động E trên khung dây. Sức điện động E sinh ra dòng điện I chạy trong khung dây. Vì dòng điện I nằm trong từ trường nên khi từ trường quay làm tác động lên khung dây một lực điện từ F. Lực điện từ này làm khung dây chuyển động với tốc độ n vòng/ phút. 2.1.3. Cấu tạo a)Phần tĩnh (Stato) Stato có cấu tạo gồm vỏ máy,lỏi sắt và dây quấn • Vỏ máy • Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ. • Thường vỏ máy được làm bằng gang. Đối với máy có công suất tương đối lớn ( 1000kW ) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ máy. Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏcũng khác nhau. • Lõi sắt Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 90 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn thì dùng những tấm hình rẻquạt (hình 2) ghép lại. • Dây quấn Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt. b)Phần quay (roto) Rotor có 2 loại chính : rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lòng sóc. • Rotor dây quấn : Rôto có dây quấn giống như dây quấn của stator. Dây quấn 3 pha của rôto thường đấu hình sao còn ba đầu kia được nối vào vành trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Đặc điểm là có thể thông qua chổi
than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn rotor được nối ngắn mạch. Nhược điểm so với động cơ rotor lòng sóc là giá thành cao, khó sử dụng ở môi trường khắc nghiệt, dễ cháy nổ . • Rotor lồng sóc : Kết cấu loại dây quấn này rất khác với dây quấn stator. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc. c)Khe hở không khí Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn. 2.1.4 Ứng dụng : Động cơ không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động cơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi Trong đời sống hàng ngày,động cơ không đong bộ ngày càng chiếm một vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng trong cộng nghiệp, nông nghiệp và trong đời sống hàng ngày. • Ứng dụng của động cơ không đồng bộ Ngày nay, các hệ thống truyền động điện được sử dụng rất rộng rãi trong các thiết bị hoặc dây chuyền sản xuất công nghiệp, trong giao thông vận tải, trong các thiết bị điện dân dụng, . . . Ước tính có khoảng 50% điện năng sản xuất ra được tiêu thụ bởi các hệ thống truyền động điện. Hệ truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc với tốc độ thay đổi được. Hiện nay khoảng 75 . 80% các hệ truyền động là loại hoạt động với tốc độ không đổi.
Với các hệ thống này, tốc độ của động cơ hầu như không cần điều khiển trừ các quá trình khởi động và hãm. Phần còn lại, là các hệ thống có thể điều chỉnh được tốc độ để phối hợp đặc tính động cơ và đặc tính tải theo yêu cầu. Với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật bán dẫn công suất lớn và kỹ thuật vi xử lý, các hệ điều tốc sử dụng kỹ thuật điện tử ngày càng được sử dụng rộng rãi và là công cụ không thể thiếu trong quá trình tự động hóa. Động cơ không đồng bộ có nhiều ưu điểm như: kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, có khả năng làm việc trong môi trường độc hại hoặc nơi có khả năng cháy nổ cao. Vì những ưu điểm này nên động cơ không đồng bộ được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kW. Trong công nghiệp, động cơ không đồng bộ thường được dùng làm nguồn động lực cho các máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ . . . Trong nông nghiệp, được dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm. Trong đời sống hằng ngày, động cơ không đồng bộ ngày càng chiếm một vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng như: quạt gió, động cơ trong tủ lạnh, máy quay dĩa,. . . Tóm lại, cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa và tự động hóa, phạm vi ứng dụng của động cơ không đồng bộ ngày càngrộng rãi. So với máy điện DC, việc điều khiển máy điện xoay chiều gặp rất nhiều khó khăn bởi vì các thông số của máy điện xoay chiều là các thông số biến đổi theo thời gian, cũng như bản chất phức tạp về mặt cấu trúc máy của động cơ điện xoay chiều so với máy điện một chiều. Cho nên việc tách riêng điều khiển giữa moment và từ thông để có thể điều khiển độc lập đòi hỏi một hệ thống có thể tính toán cực nhanh và chính xác trong việc qui đổi các giá trị xoay chiều về các biến đơn giản . Vì vậy, cho đến gần đây, phần lớn động cơ xoay chiều làm việc với các ứng dụng có tốc độ không đổi do các phương pháp điều khiển trước đây dùng cho máy điện thường đắt và có hiệu suất kém. Động cơ không đồng bộ cũng không tránh khỏi nhược điểm này. Những khó khăn trong việc ứng dụng động cơ xoay chiều chính là làm thế nào để có thể dễ dàng điều khiển được tốc độ của nó như việc điều khiển của động cơ DC. Vì vậy, một ý tưởng về việc biến đổi một máy điện xoay chiều thành một
máy điện một chiều trên phương diện điều khiển đã ra đời. Đây chính là điều khiển vector. Điều khiển vector sẽ cho phép điều khiển từ thông và moment hoàn toàn độc lập với nhau thông qua điều khiển giá trị tức thời của dòng (động cơ tiếp dòng) hoặc giá trị tức thời của áp (động cơ tiếp áp). Điều khiển vector cho phép tạo ra những phản ứng nhanh và chính xác của cả từ thông và moment trong cả quá trình quá độ cũng như quá trình xác lập của máy điện xoay chiều giống như máy điện một chiều. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật bán dẫn và những bộ vi xử lý có tốc độ nhanh và giá thành hạ, việc ứng dụng của điều khiển vector ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ truyền động và đã trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp.Với sự phát triển nhanh chóng, ngành công nghiệp tự động luôn đòi hỏi sự cải tiến thường xuyên của các loại hệ truyền động khác nhau. Những yêu cầu cải tiến cốt yếu là tăng độ tin cậy, giảm khả năng tiêu thụ điện năng, giảm thiểu chi phí bảo dưỡng, tăng độ chính xác và tăng khả năng điều khiển phức tạp. Vì vậy, những hệ truyền động với động cơ điện mộtchiều đang dần thay thế bởi những hệ truyền động động cơ xoay chiều sử dụng điều khiển vector. Bởi vì, lý do chính để sử dụng rộng rãi động cơ điện một chiều trước kia là khả năng điều khiển độc lập từ thông và moment lực đã nêu cũng như cấu trúc hệ truyền động khá đơn giản. Tuy nhiên, chi phí mua và bảo trì động cơ cao, đặc biệt khi số lượng máy điện phải dùng lớn. Trong khi đó, các ứng dụng thực tế của lý thuyết điều khiển vector đã được thực hiện từ những năm 70 với các mạch điều khiển liên tục. Nhưng các mạch liên tục không thể đáp ứng được sự đòi hỏi phải chuyển đổi tức thời của hệ quy chiếu quay do điều này đòi hỏi một khối lượng tính toán trong một thời gian ngắn. Sự phát triển của những mạch vi xử lý đã làm thay đổi việc ứng dụng của lý thuyết điều khiển vector. Khả năng tối ưu trong điều khiển quá độ của điều khiển vector là nền móng cho sự phát triển rộng rãi của các hệ truyền động xoay chiều (vì giá thành của động cơ xoay chiều rất rẻ hơn so với động cơ một chiều). Ngoài những phát triển trong điều khiển vector, một sự phát triển đáng chú ý khác chính là việc ứng dụng mạng neural (neural networks) và logic mờ (fuzzy logic) vào điều khiển vector đang là những đề tài nghiên cứu mới trong nghiên
cứu hệ truyền động. Hai kỹ thuật điều khiển mới này sẽ tạo nên những cải tiến vượt bực cho hệ truyền đồng của máy điện xoaychiều trong một tương lai gần. 2.2 MẠCH CHỈNH LƯU CẦU 2.2.1Sơ đồ mạch chỉnh lưu : Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha Lp (Anode) Id T1 T3 Rư Uđ U2 = Um.sinωt Lư Eư T4 T2 (Cathode) Hình 2-1 :Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha Cầu chỉnh lưu một pha gồm 2 thyristor (T) v 2 Diode (T) chia lm hai nhĩm : - Nhóm Anode chung : T1,T3 - Nhóm cathod chung :T2,T4. Điện áp pha thứ- cấp của biến áp (xoay chiều) - U2 =Umsinωt = Umsinθ góc α l góc mở của thyristor cho dòng chảy qua. 2.2.2Hoạt động của sơ đồ Trường hợp tải l động cơ (cósức điện E).
- Ơ nửa chu kỳ dương điện áp nguồn xoay chiều u2 =Umsinωt.T1,T2 chỉ dẫn sau thời điểm ψ vì lý mới của u2 (t) > Ed Để cho điện áp trn van l dương Uak= U2(t)-Ed>0 v mở van, ở điểm ωt = α, phát xung vào cổng G van T1,T2 lm chng dẫn, từ đó làm xuất - hiện dòng điện tải id. Đến nửa chu kỳ sau, tại thời điểm α + π cho xung phát voào cực khiển G của T3,T4 để mở chung, lc ny cĩ hai khả năng xảy ra : Khi dịng tải qua T1,T2 ở thời điểm α + π chưa trở về 0 ngay do tính điệm a. cảm của mạch dịng tải vẫn tồn tại v chuyển sang cho 2 : T3,T4 van vừa mở, ta cĩ dịng điện lin tục với mọi thời điểm. b. Khi dịng tải qua T1,T2 đ giảm về 0 (cả hai đ khố lại) trước khi T3,T4 mở. Ta có dòng điện gián đoạn,vì có thời điểm dịng đin id =0.Cả 4 van đu không dẫn điện.Ranh giới giữa hai chế đọ này goi l tới hạn, góc điều khiển tương ứng gọi l góc điều khiển tới hạn. 2.2.3 Trạng thái làm việc của mạch chỉnh lưu : Trạng thái mạch khi T1,T2 dẫn dòng : Trạng thái mạch khi T1,T2 dẫn dòng : (Anode) uđA Id T1 u1 i2 Tải u = uđA-uđC u2 T2 (Cathode) uđC Hình 2-2 :Trạng thi mạch khi T1 v T2 dẫn dòng Quá trình dòng pha : theo định luật Kirchop
i2 = iT1 –iT4 (2.1) Áp chỉnh lưu : ud = UdA – udc (2.2) Mạch cầu một pha tạo ra điện áp chỉnh lưu hai xung.Thành phần hai của nó có biên độ bằng biên độ của hiệu điện áp pha. Khi cầu làm việc luôn có một thyristor,một T của nhómm anode một T của nhóm cathod cùng đóng cho dòng chảy qua. 2.2.4 Gía trị trung bình của điện Áp chỉnh lưu: Điện áp trung bình do nhóm anode: 1π 1π U ∫ U c dX = π ∫ U m sin XdX = π (cos α + 1) m Ud = (2.3) πα α 2 U (cos α + 1) Ud = (2.4) π Với O
Dòng quan mỗi thyristor : U m simθ E Ldia −− iT = id = R R Rdt dòng trung bình chảy qua mỗi thyristor: 1π 1 π 1⎛ Id π − α di ⎞ ∫ iddθ = 2π ∫ R ⎜U m sin θ − E − X dt ⎟dθ = 2 . π IT= (2.6) 2π α ⎝ ⎠ α Trị hiệu dụng dòng qua cuộn thứ cấp m ba: 1π 2 α ∫ Id dθ = Id 1 − π I2 = (2.7) 2π 0 Điện áp ngược cực đại đặt lên SCR bằng bin độ điện áp nguồn Um. Gia trị cực đại của điện áp ngược đặc trên mỗi thyristor. 2U 2 = U m Ungmax = (2.8) 2.2.5CÁC TRẠNG THÁI DÒNG – ÁP CỦA MẠCH CHỈNH LƯU : Mạch cầu một pha có khoảng dẫn dòng l : 2π =π λ= p Có góc kích ban đầu l: π π − =0 α0 = 2 p a.Trạng thái dòng liên tục: Phương trình cân bằng áp của mạch :
di + E = U m sin θ Rid + L (2.9) dt Giải phương trình vi phân trên được : id= idxl + idtd idxl l thành phần dòng xác lập. idtd l thành phần dòng điện tự do. Trạng thi xác lập: Um E sin(θ − ϕ ) − idxl = (2.10) Z R Trong đó : R 2 + L2ω 2 l tổng trở mạch tải. Z= ωL ϕ =arctg l góc lệch pha giữa dòng v áp nguồn. R Từ Z v ϕ,biểu thức dòng được viết lại : Um E cos ϕ sin(θ − ϕ ) − idxl = (2.11) R R Khi θ =α0 =α thì id =Ido: − R0 − Rt = Ae −θ cot gϕ Ae ωL = Ae L idtd = Um E cos(θ − ϕ ) − + Ae −θ cot gϕ Ia0 = id = R R U m cos α E Ia0 − + R R A= −θ cot gϕ e ia= ⎧[RIa0 + E − U m cos ϕ sin(α 0 − ϕ )]e (a 0 − θ ) cot gϕ − [E − U m cos ϕ sin(α 0 − ϕ )]⎫ 1 ⎨ ⎬ R⎩ ⎭ (2.12) Trị trung bình dòng Id: 1 ⎡π ⎤ 1π π Ia 0 iddθ = U m sin θ − ∫ Edθ − ωL ∫ dθ ⎥ ∫ ⎢∫ Id = 2π α 2π ⎢α ⎥ ⎣ ⎦ α Ia 0 Trong đó:
Ia 0 ωL ∫ dθ = 0 Ia 0 Nên : E α −π 2 U 2 (cos α + 1) − . Id= (2.13) 2πR R 2π Áp chỉnh lưu trung bình: 1π 2 ∫ U sin θdθ = π U 2 (cosα + 1) Ud = (2.14) πα m b. Trạng thái dòng gián đoạn: Có những khỗng thời gian t dòng id =0.Nguyên nhân L trong hệ thống quá nhỏ hoặc dòng phần ứng động cơ id =0.Năng lượng tích luỹ trên cuộn kháng L không đủ dể duy trì tính liên tục của dòng id khi dòng id giảm qua trị số 0. Khi id giảm trước khi α mở : did + E + Rid = U m sin θ (α0 ≤θ≤α0 + λ ) (2.15) L dt Để đơn giản cho phép tính, cho Ru =0 di d + E = U m sin θ L dt 1θ ∫ (U sin θ − E )dθ id = ωL α 0 m Um E (cos α 0 − cos θ ) + (α − θ ) id = ωL 0 ωL (2.16) Khi θ =α0+λ=α+π -> id=0
cos α 0 − cos(α 0 + λ ) E = ε (2.17) = λ Um Với 2U 2 l biên độ áp pha thứ cấp máy biến áp Um = Trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu phần ứng. Um E (cos α 0 − cos θ ) + (α − θ ) id = ωL 0 ωL pU m α o ∫ id dθ Ia = 2πLω β o ⎡ λ2 ⎤ ( ) 6U m λ cos α o − sin α o + λ + sin α 0 − ε ⎥ (2.18) ⎢ Ia = 2πLω 2⎦ ⎣ Trong đó: P=2 l số xung trong một chu kỳ α0 = α ωL = X l trở kháng mạch phần ứng động cơ. Như vậy ở vùng dòng điện gián đoạn, đăc tính cơ rất dốc v nó phụ thuộc vào điện kháng của động cơ, điện kháng của động cơ càng lớn vùng gián đoạn càng nhở. c.Trạng thái biến liên tục : Là ranh giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và vùng liên tục. 2π cos α 0 − cos(α 0 + ) π p p ε blt = cos α = sin (2.19) 2π π p p Từ (2.11) v (2.12), trị trung bình dòng biến liên tục : pU m ⎧π ⎡ ⎫ 2π ⎤ 2π ⎨ ⎢cos α 0 + cos(α 0 + ) ⎥ − sin(α 0 + ) + sin(α 0 )⎬ Ia = 2πωL ⎩ p ⎣ p⎦ p ⎭ (2.20) Sau khi rút gọn được :
π π⎞ Um ⎛ 2 2U m ⎜ sin − cos ⎟ sin α = sin α Iblt = (2.21) ωL ⎝ π ωL 2⎠ 2 ε blt I blt cos α = sin α = 2 2U m π πωL m Sinα2 + cosα2 =1 2 2 ⎤⎡ ⎤ ⎡ ⎢ ε blt ⎥ ⎢ I blt ⎥ ⎢ 2 ⎥ + ⎢ 2U ⎥ = 1 (2.22) ⎥ ⎢ m⎥ ⎢ ⎣ π ⎦ ⎣ πωL ⎦ Như vậy ở chế độ biên liên tục, đặc tuyến bin l Ellip với các trục l trục của đặc tính cơ. Độ rộng vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm nếu ta tăng điện cảm L v tăng số pha chỉnh lưu. d.Trạng thái trung dẫn: Sơ đồ mạch xay ra trung dẫn Lba T1 u2 Id i T1 i2 iT2 T3 Hình 2-4 :Sơ đồ mạch khi xảy ra trung dẫn Giả thiết T1v T2 đang dẫn. Khi θ1=θ cho xung mở T3.Do điện cảm cảm máy biến p Lba≠ 0 nn dòng iT3 không thể đột ngột tăng từ 0 đến Id v dịng T1,T2,T3.Hiện tượng này gọi l trong
dẫn hay hiện tượng chuyển mạch.Tring dẫn xảy ra gy ngắn mạch đầu cực thứ cấp máy biến áp Từ sơ đồ thay thế khi chuyển mạch, viết được : diT1 diT2 = u 2 = U m sin θ − Lba Lba = dt dt IT1= Id –iT2 di2 = U m sin θ => 2Lba dt π di2 U m sin sin θ = dt Lba p π π U m sin U m sin pθ p ∫ sin θdθ = (cos α − cos θ ) i2 = (2.23) ωLba ωLba α khi θ = α thì dòng I2 =0, bắt đầu chuyển mạch. Khi θ = α + μ thì i2 = Id, quá trình chuyển mạch kết thúc. π U m sin p [cos α − cos( μ + α )] Id = (2.24) ωLba π U m sin p Đặt:Im = l biên độ dòng điện qua máy biến áp. ωLba ⎛ Id ⎞ ==>μ = ar cos⎜ cos α − ⎟ −α (2.15) ⎜ Im ⎟ ⎝ ⎠ μ l góc trung dẫn (chuyển mạch) e. Điện áp rơi trong quá trình trung dẫn: Điện áp rơi trên điện cảm (một pha)của mba di2 Uμ= Lba dt