intTypePromotion=1

Đồ án: Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Chia sẻ: Quang Thịnh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:52

0
914
lượt xem
188
download

Đồ án: Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tổng quan về chỉnh lưu tia 3 pha và động cơ điện một chiều, thiết kế mạch động lực, thiết kế mạch động lực điều khiển,... là những nội dung chính trong 4 chương trong đồ án "Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập". Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án: Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập

  1. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA    CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA  ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. ­­­­  ­­­­ A. TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA: 1.Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha : A a T1 B T2 b C T3 c R E L Hình 1.1: Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha Hình 1.2 : Sơ đồ dạng sóng tia 3 pha SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 
  2. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA     Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha: Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Yo, 3 pha Thyristor nối với tải như hình 1.1.   Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu: +Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính. +Khi biến áp đấu hình sao (Y)trên mỗi pha A,B,C nối một van.3 catod đấu chung cho  điện áp dương của tải ,còn trung tính biến áp, sẽ là điện áp âm. Ba pha này dịch góc 120o  theo các đường cong điện áp pha ,có điện áp của 1 pha dương hơn điện áp của 2 pha kia   trong khoảng thời gian 1/3 chu kì . +Nếu có các Thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha  kia. Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên. Góc mở tự nhiên: +Góc mở   được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ âm đến 0   (từ đóng sang khoá) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào. +Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây. +0   Trong đó  :     : góc dẫn : góc chuyển mạch 2.Nguyên lý hoạt động : a). Xét khi góc m   ở        = 0:  u Va Vb Vc E i1 E i2 E i3 E id SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG  1 2 3 4
  3. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   ­ Điện áp pha thứ cấp máy biến áp va 2u 2 sin vb = 2u2 sin ( θ − 2π / 3) vc = 2u2 sin ( θ + 2π / 3) ­ Qua hình trên ta thấy: 2     va  Lúc  1 vb v c .  v a  có giá trị lớn nhất nên T1 mở cho dòng chạy qua T2;  va E T3 khoá  i1 R  Lúc  2 3     vb vc v a .  v b có giá trị lớn nhất nên T2 mở cho dòng chạy qua T1;  vb E T3 khoá  i 2 R vc E  Lúc  3 1 .  v c va v b , T3 mở; T1, T2 khoá;  i 3 R Trong đó: R: điện trở của động cơ. E: suất điện động phản kháng của động cơ. ud E Id R Dòng trung bình: 1 5π 6 I I1 = I 2 = I 3 = I d .dθ = d 2π π 6 3 b). Xét khi góc m   ở           0  : Giả thiết tải : R, L,Eu , chuyển mạch tức thời.       Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp: u1 U m sin 2 u2 U m sin( ) 3 2π u3 = U m sin(θ + ) 3 *Nhịp V1: khoảng thời gian từ   θ1 θ 2 . Tại  1  điện áp đặt lên u1 > 0, có xung kích  khởi: T1 mở, khi đó: u v1 0 uv2 u2 u1 0 u v3 u3 u1 0       T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này: +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1 :   ud = u1 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1:  id = Id = i1 +Dòng điện qua T2, T3 bằng 0:  i2 = i3 = 0 SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 
  4. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA         Trong nhịp V1: uV2 từ âm chuyển lên 0, khi uV2 = 0 thì T2 mở, lúc này uV1 = u1 – u2 = 0 và  bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2. *Nhịp V2: từ  θ 2 θ3 uv2 0 Lúc này :  u v1 u1 u2 u v3 u3 u2       T2 mở, T1, T3 đóng. +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2:  ud = u2 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2:  id = Id = i2 +Dòng điện qua T1, T3 bằng 0:  i1 = i3 = 0       Trong nhịp V 2: uV3 từ âm chuyển lên 0, khi uV3 = 0 thì T3 mở, lúc này uV2 = u2 – u3 = 0 và  bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3. *Nhịp V3: từ  θ3 θ 4 uv 3 = 0 Lúc này :  uv1 = u1 − u3 uv 2 = u2 − u3       T3 mở, T1, T2 đóng. +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3:  ud = u3 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 3:  id = Id = i3 +Dòng điện qua T1, T2 bằng 0:  i1 = i2 = 0        Trong nhịp V 3: uV1 từ âm chuyển lên 0, khi uV1 = 0 thì T1 mở, lúc này uV3 = u3 – u1 = 0 và  bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1. Trong mạch ,dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở dòng điện i d  cùng dạng sóng ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện càng trở nên bằng phẳng hơn, khi  Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id = Id . Trị trung bình của điện áp tải: 5π +α 6 2 3 6U 2 Ud = 2.U 2 .sin θ .dθ = .cos α = 1,17U 2cosα . 3π π 2π +α 6 Trong đó :   : Góc mở Thyristor. Trùng dẫn: ea 2 .U 2 . sin 2 eb 2 .U 2 . sin( ) 3 2π ec = 2.U 2 .sin(θ + ) 3 Giả  sử  T1 đang cho dòng chạy qua, iT1 = Id. Khi  2  cho xung điều khiển mở  T2.  Cả  2 Thyristor T1  và T2  đều cho dòng chảy qua làm ngắn mạch 2 nguồn e a    và eb. Nếu  chuyển gốc toạ độ từ   sang  2  ta có: SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 
  5. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   5 ea 2 .U 2 . sin( ) 6 eb 2 .U 2 . sin( ) 6 Điện áp ngắn mạch: Uc eb ea 2 .U 2 . sin( ) Dòng điện ngắn mạch được xác định bởi phương trình: di c 6 .U 2 . sin( ) 2. X c . dt Do đó: 6 .U 2 ic . cos cos( ) 2. X c Nguyên   tắc   điều   khiển   các   Thyristor   :   Khi   anod   của   Thyristor   nào   dương   hơn  Thyristor đó mới được kích mở. Thời điểm của 2 pha giao nhau được coi là góc thông tự  nhiên của các Thyristor. Các Thyristor chỉ được mở với góc mở nhỏ nhất . Tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có 1 Thyristor dẫn ,như vậy dòng điện qua tải liên tục,  mỗi t dẫn trong 1/3 chu kì.còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn của các Thyristor  nhỏ  hơn .Tuy nhiên, trong cả  2 TH dòng điện trung bình của các Thyristor đều bằng 1/3  Id .trong khoảng thời gian Thyristor dẫn dòng điện của Thyristor bằng dòng điện tải. Dòng  điện Thyristor khoá = 0. Điện áp Thyristor phải chịu bằng điện dây giữa pha có Thyristor   khoá với pha có Thyristor đang dẫn. Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ  thuộc vào góc  mở Thyristor .      +Nếu     30   Ud , Id liên tục.  +Nếu   > 30   Ud , Id gián đoạn  Ud Id T2 Ud α Id t 0 t1 t2 t3 t4 I1 t I2 t I3 t UT1 t SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG  Hình 1.3: Giản đồ đường cong khi  = 30o tải thuần 
  6. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   Ud T2 α Ud Id Id t 0 I1 t I2 t I3 t UT1 t Hình 1.4 :Giản đồ đường cong khi góc mở  = 60o  Nhận xét : So với  chỉnh lưu 1 pha: +Chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện một chiều tốt hơn. SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 
  7. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   +Biên độ điện áp đập mạch tốt hơn. +Thành phần sóng hài bậc cao bé hơn . +Việc điều khiển các van bán dẫn cũng tương đối đơn giản hơn. Dòng điện mỗi cuộn thứ cấp là dòng điện 1 chiều ,do biến áp 3 pha 3 trụ mà từ  thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp  phải lớn. Khi chế tạo biến áp động lực, các cuộn dây thứ cấp phải đấu sao(Y) ,có dây  trung tính phải lớn hơn dây pha vì dây trung tính chịu dòng tải.  3. Tổng quan về Thyristor : a) Cấu tạo: Là dụng cụ  bán dẫn gồm 4 lớp bán đẫn loại P và N ghép xen kẽ  nhau và có 3 cực   anốt, catốt và cực điều khiển riêng G .                                  A + + + K P1 + N1+ P2 + N2              + + + J1 E i J2 J3 G Hình 1­5 A K Kí hiệu :  G b) Nguyên lý  hoạt động : Khi Thyristor được nối với nguồn một chiều E > 0 tức cực dương đặt vào anốt cực  âm đặt vào catốt, thì tiêp giáp J1, J3 được phân cực thuận còn miền J2 phân cực ngược,  gần như toàn bộ điện áp được đặt lên mặt ghép J 2, điện trường nội tại E1 của J2 có chiều  từ  N1   hướng tới P2. Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E 1, vùng chuyển tiếp là  vùng cách điện càng được mở  rộng ra, không có dòng điện chạy qua tiristor mặc dù nó  được đặt dưới 1 điện  áp dương. +Mở Thyristor : Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so  với K ) thì các electron từ N2 chạy sang P2. Đến đây một số ít trong chúng chảy về nguồn  Ug và hình thành dòng điều khiển Ig chảy theo mạch G1 ­ J3 ­ K ­ G , còn phần lớn điện tử  dưới sức hút cuả  điện trường tổng hợp của mặt J2 lao vào vùng chuyển tiếp này chúng  được tăng tốc do đó có động năng rất lớn sẽ bẻ gảy các liên kết giữa các nguyên tử  Si,   tạo nên các điện tử tự do mới. Số điện tử này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si khác  trong vùng chuyển tiếp. Kết quả  của các phản  ứng dây chuyền này làm xuất hiện càng  nhiều điện trường chạy vào vùng N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây  nên hiện tượng đẫn điện ào  ạt làm cho J 2  trở  thành mặt ghép dẫn điện bắt đầu từ  một   +E ển ra toàn bộ  mặt ghép với tốc độ  lan truyền   diểm nào đó  ở  sung quanh cực rồi phát tri ­ Một trong những biện pháp đơn giản nhất để  khoảng 1m/100 s Rt mở Thyristor được trình bày trên hình vẽ.    R1 . Khi đóng mở K, nếu I > I  thì T mở ( I    (1,1  g  gst g K T 1,2 ). Igst ) E G      R2 (1,1 1,2) I gst SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUY ỄN XUÂN ĐÔNG Ig : Giá trị dòng đi   ều khiển ghi trong s ổ tay tra cứu  ­E Thyristor Hình 1­6a R2 = 100  1000( ) 
  8. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   Có thể hình dung như sau : Khi dặt  Thyristor  ở UAK > 0 thì Thyristor  ở tình trạng sẵn  sàn mở cho dòng chảy qua, nhưng nó còn đợi tín hiệu Ig  ở cực điều khiển, nếu Ig > Igst thì  Thyristor mở. +Khoá Thyristor : Một khi Thyristor đã mở  thì tín hiệu Ig không còn tác dụng nữa. Để khoá Thyristor có  2 cách : . Giảm dòng điện làm việc I xuống giá trị dòng duy trì Idt . Đặt một điện áp ngược lên Thyristor UAK 
  9. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   ­ Tụ  C được nạp điện đến giá trị  E, bản cực dương  ở B, bản cực âm  ở  A. Bây giờ  nếu cho một xung điện áp dương tác động vào G2 T2 mở nó sẽ đặt điện thế điểm B vào  catốt của T1. Như vậy là T1 bị đặt dưới điện áp Uc = ­E và T1 bị khoá lại.  ­T2 mở lại xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch : + E ­ R 1­C ­ T2 ­  ­E. Còn dòng thứ hai chảy theo mạch : +E ­ R2 ­ T2 ­ ­E. ­ Tụ C được nạp ngược lại cho đến giá trị E, chuẩn bị khoá T2 khi ta cho xung mở T1 c) Điện dung của tụ điện chuyển mạch : ­ Trong sơ đồ hình (b), (c) một câu hỏi được đặt ra là : Tụ điện C phải có giá trị bằng  bao nhiêu thì có thể khoá được Thyristor   Như đã nói ở trên khi T1 mở cho dòng chảy qua thì C được nạp điện đến giá trị E.  bản cực “+” ở phía điểm B. tại thời điểm cho xung mở T 2 (cả 2 Thyristor điều mở), ta  có phương trình mạch điện. du E i.R1 U c  với  i C c dt du c Nên  E C.R1 Uc dt Viết dưới dạng toán tử Laplace : P C.R1 P. U c p Uc 0 Uc p E Q.E 1 Vì  U c 0 E  nên  U c p  với  a p p a R1 .C at U t Từ  đó ta có :  c E 1 2.e U T 1 .   Thời gian t là khoảng thời gian kể  off   từ khi mở T2 cho đến khi UT1 bắt đầu trở thành dương, vậy ta có : a .toff t off E 1 2.e 0 t off 0,693.R1C hoặc  C 0,693.R1 E 1,44.I .t off R1  sẽ nhận được  C I E toff :   ;  I : Ampe  ; E : Volt   ; C :   F d) Đặt tính Volt ­ Ampe của Thyristor : Ia III II IH Ung I0 I U Uth Uch Ing IV Hình 1­7 SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 
  10. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   Đoạn   1   :  Ứng   với   trạng   thái   khoá   của  Thyristor,   chỉ   có   dòng   điện   rò   chảy   qua  Thyristor khi tăng U lên đến Uch (điện áp chuyển trạng thái ), bắt đầu quá trình tăng nhanh  chống của dòng điện. Thyristor chuyển sang trạng thái mở. Đoạn 2 :  Ứng với giai đoạn phân cực thuận của J 2. Trong giai đoạn này mỗi lượng  tăng nhỏ của dòng điện ứng với mọt lượng giảm lớn của điện áp đặt lên Thyristor, đoạn  này gọi là đoạn điện trở âm. Đoạn 3 : Ứng với trạng thái mở của Thyristor. Khi này cả 3 mặt ghép đã trở  thàng  đẫn điện. Dòng chảy qua Thyristor chỉ còn bị hạn chế bởi điện trở mạch ngoài. Điện áp  rãi trên Thyristor rất lớn khoảng 1V. Thyristor được giử ở trạng thái mở  chừng nào I  còn lớn hơn dòng duy trì IH. Đoạn 4 : Ứng với trạng thái Thyristor bị đặt dưới điện áp ngược. Dòng điện rất lớn,   khoảng vài chục mA. Nếu tăng U đên Ung thì dòng điện ngược tăng lên nhanh chống, mặt  ghép bị chọc thủng, Thyristor bị hỏng. Bằng cách cho Ig lớn hơn 0 sẽ nhận được đặt tính  Volt ­ Ampe với các Uch nhỏ dần đi. B: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP. I. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU : Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ  biến trong công nghiệp,giao thông vận   tải và nói chung trong các thiết bị cần điều chỉnh tốc độ  quay liên tục trong một phạm vi  rộng. Máy điện một chiều có thể  làm việc cả  hai chế  độ  máy phát và động cơ. Khi máy   làm việc  ở  chế  độ  máy phát công suất đầu vào là công suất cơ  còn công suất đầu ra là  công suất điện. Động cơ quay roto máy phát  điện một chiều có thể là turbine gas, động cơ  điesel hoặc là động cơ  điện. Khi máy điện một chiều làm việc  ở  chế  độ  động cơ, công   suất đầu vào là công suất điện còn công suất đầu ra  là công suất cơ. Cả hai chế độ làm việc, dây quấn đông cơ điện một chiều đều quay trong từ trường   và có dòng điện chạy qua.  SĐĐ phần ứng động cơ điện một chiều tính theo công thức: Eư = kE n = kM Mômen điện từ tính theo công thức M = kM Iư Phương trình cân bằng điện áp của động cơ : U = Eư + Rư * Iư II. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU : 1.Phần tĩnh hay stato :  Đây là một phần đứng yên của máy .  Phần tĩnh gồm các bộ phận tĩnh sau: a).Cực từ chính :  Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ  lồng ngoài lõi sắt cực từ  . Lõi sắt cục từ  làm bằng những lá thép kỹ  thuật điện hay thép   SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 
  11. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   cácbon dày 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt . Trong máy điện nhỏ có thể làm bằng thép khối  . Cực từ  được gắn chặt vào vỏ  máy nhờ  các bulông .Dây quấn kích từ  được quấn bằng   dây đồng cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ  thành một khối và tẩm   sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ . Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này   được nối nối tiếp với nhau. b).Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều . Lõi thép  của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu  tạo giống như dây quấn cực từ chính .Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ những bulông.  c).Gông từ : Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ , đồng thời làm vỏ máy . trong máy  điện nhỏ  và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại , Trong máy điện lớn thường   dùng thép đúc . Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy . d).Các bộ phận khác :  Các bộ phận khác gồm có : ­Nắp máy: Để  bảo vệ  máy khỏi bị  những vật ngoài rơi vào làm hư  hỏng dây quấn  hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện . Trong máy điện nhỏ và vừa , nắp máy còn có   tác dụng làm giá đở ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang. ­Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài .  Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi  than và nhờ một lò xo tì chặt  lên cổ góp .  Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá .  Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ .  Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại. 2.Phần quay rotor : Phần quay gồm có những bộ phận sau : a).Lõi sắt phần ứng : Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ .Thường dùng những tấm thép kỷ thuật điện (thép  hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn   do dòng điện xoáy gây nên .Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây  quấn vào.  b).Dây quấn phần ứng : Dây quấn phần  ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua .Dây  quấn phần  ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện . Trong máy điện nhỏ  (công  suất dưới vài kW ) thường dùng dây có tiết diện tròn . Trong máy điện vừa và lớn , thường   dùng dây tiết diện hình chữ  nhật . Dây quấn được cách điện cẩn thận với rảnh của lõi  thép . c. Cổ góp : Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều ) dùng để đổi chiều dòng điện xoay  chiều thành dòng điện một chiều . d).Các bộ phận khác : ­Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy . ­Trục máy : Trên đó đặt lõi sắt phần ứng , cổ góp cánh quạt và ổ bi .  Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt . 3.Các trị số định mức: Chế độ làm việc định mức của máy điện một chiều là chế  độ  làm việc trong những  điều kiện mà xưởng chế  tạo đã   quy định.Chế  độ  đó đươc đặc trưng bằng những đại  SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 
  12. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức . Trên nhãn máy thường ghi   những đại lượng sau : Công suất định mức:  Pđm (KW hay W); Điện áp định mức:  Uđm (V); Dòng điện định mức:  Iđm (A); Tốc độ định mức:  nđm  (vg/ph). Ngoài ra còn ghi kiểu máy , phương pháp kích từ  , dòng điện kích từ  và các số  liệu   về điều kiện sử dụng . III. PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU :     Quan hệ giửa tốc độ và mômen động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ :  = f(M) hoặc n = f(M).     Quan hệ giửa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất: c= f(Mc) hoặc nc= f(Mc). Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ  điện một chiều người ta còn sử  dụng đặc tính  cơ điện. đặc tính cơ  điện biểu diễn quan hệ giửa tốc độ  và dòng điện trong mạch động  cơ:      = f(I) hoặc n = f(I). Trong phạm vi của đề  tài này chỉ  xét đến đặc tính cơ  của động cơ  điện một chiều  kích từ độc lập.  1. Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ  hình (1­5) ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần   ứng như sau: Uư Uư = Eư + (Rư +Rf)Iư                            ( 1­1) Trong đó:Uư ­ điện áp phần ứng, (V) Rf           Eư ­ sức điện động phần ứng,(V) E         Rư ­ điện trở của mạch phần ứng, ( )                Rf ­ điện trở phụ trong của mạch phần ứng, ( ) CKT RKT    Với:  Rư = rư + rcf + rb + rct Trong đó:  rư ­ điện trở cuộn dây phần ứng. IKT rcf ­ điện trở cuộn cực từ phụ. rb­ điện trở cuộn bù. UKT rct­ điện trở tiếp xúc chổi than. Hình 1­5 Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được  xác định theo biểu thức: pN Eư =  k (1­2) 2 a Trong đó:   p ­ số đôi cực từ chính.          N ­ số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.                   A ­ số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng.                      ­ từ thông kích từ dưới một cực từ.                     ­ tốc độ góc,rad/s. pN k =  ­ hệ số cấu tạo của động cơ. 2 a Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: Eư = Ke. n    (1­3) SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 
  13. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   2π n n    Với:      =  = 60 9,55 pN   Vì vậy:   Eư= n 60a pN Ke =   là hệ số sức điện động của động cơ . 60a K Ke =      0.105K 9,55 Từ (1­1) và (1­2) ta có: U R + Rf  =  ᆳ − ᆳ I ᆳ                                      (1­4) KΦ KΦ Biểu thức (1­4) là phương trình đặc tính cơ điện của đông cơ. Mặt khác, mômen điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi:  Mđt= K  Iư  (1­5) M Suy ra:  Iư =   dt . K Thay giá trị Iư vào (1­4) ta được: U R­ R f Eư =  ­ M dt                                          (1­ 6) K (K ) 2          Nếu bỏ  qua các tổn thất cơ  và tổn thất thép thì mômen cơ  trên trục động cơ  bằng   mômen điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là Mđt= Me= M. Khi đó ta được:  U R­ R f Eư =  ­ M                                    (1­7) K (K ) 2 Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Giả  thiết phản  ứng phần  ứng được bù đủ, từ  thông   = const, thì cá phương trình  đặc tính cơ  điện (1­ 4) và phương tình đặc tính cơ  (1­7) là tuyến tính. Đồ  thị  của chúng  được biểu điển trên hình (1­2) là những đường thẳng. Theo các đồ thị trên, khi Iư= 0  hoặc M = 0  ta có:  U Eư =  ­ o (1­8) K 0: gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. U Còn khi   = 0 ta có: Iư =  I nm    (1­9) R­ R f Và M = K Inm = Mnm Inm, 0 0 đm đm I I Iđm Inm Mđm M nm a. Đặc tính cơ điện của động cơ  b. Đặc tính cơ  của động cơ điện  điện một chiều kích từ độc lập một chiều kích từ độc lập Hình 1­6 SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 
  14. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   Inm,Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch. Mặt khác từ phương trình đặc tính (1­4) và (1­7) cũng có thể được viết dưới dạng: U RI Eư =  ­ o (1­10) K K U­ RM Eư =  o K (K ) 2 U Eư =  ­    K R R I­ M : gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M. K (K ) 2 2.Xét các ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ: Từ  phương trình đặc tính cơ  (2­7) ta thấy có ba tham số  ảnh hưởng đến đặc tính cơ:   Từ thông động cơ   , điện áp phần ứng Uư, và điện trở phần ứng động cơ.Ta lần lượt xét  ảnh hưởng của từng tham số đó: a) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng: Giả thiết rằng Uư=Uđm= Const và   =  đm=const.  Muốn thay đôi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần  ứng.  0 Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:  TN(Rn) U dm  Eo =  const    Rf1 K *dm Độ cứng đặc tính cơ: Rf2 M (K ) 2 var R M R­ R f Mc f3 Khi Rf càng lớn   càng nhở nghĩa là Rf4 đặc tính cơ càng dốc.  Hình 1­7 Ưng với Rf=0 ta có  đặc tính cơ tự nhiên: ( K dm ) 2 TN (1­11) R­ TN có giá trị  lớn nhất nên đặc tính cơ  tự  nhiên có độ  cứng hơn tất cả  cá đường đặc   tính có điện trở  phụ. Như  vậy khi thay đổi điện trở  R f ta được một họ  đặc tính biến trở  như  hình (2­5)  ứng với mổi phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ  cơ  càng giảm,  đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch củng giảm. Cho nên người ta  thường sử  dụng phương pháp này để  hạn chế  dòng điện và điều chỉnh tốc độ  động  cơ  phía dưới tốc độ cơ bản.   b).Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:  Giả thiết từ thông   =  đm= const, điện trở phần ứng Rư = const. Khi thay đổi điện áp  theo hướng giảm so với Uđm, ta có:           Tốc độ không tải: 0 Ux Uđm ox var 01 K dm 02 U1 Độ cứng đặc tính cơ: 03 U2 04 U3 M(I)   Mc   U SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 4 Hình 1­8
  15. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   (K )2 const R­ Như  vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần  ứng động cơ  ta được một họ  đặc tính  cơ song song như trên (Hình 2­4). Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn   mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ củng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do  đó phương pháp này củng được sử dụng để  điều chỉnh tốc độ  động cơ  và hạn  chế  dòng  điện khi khởi động. c).Ảnh hưởng của từ thông : Giả  thiết điện áp phần  ứng Uư= Uđm= const. Điện trở  phần  ứng Rư  = const. Muốn  thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ. Trong trường   hợp này: U dm Tốc độ không tải :   Eox =  var K x (K x )2 Độ cứng đặc tính cơ :        =  var R­ Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên  khi từ  thông giảm thì 0x tăng, còn   giảm ta có một họ đặc tính cơ với  0x  tăng dần và độ cứng  của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông. Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông: 02 02 2 2 01 1 01 0 đm Mc 1 đm 0 TN 0 MC M Inm a. Đặc tính cơ điện của động cơ điên một b. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều  chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông kích từ độc lập khi giảm tư thông Hình 1­9 U dm Dòng điên ngắn mạch: Inm =  const R­ Mômen ngắn mạch: Mnm=K xInm=Var  Các đặc tính cơ  điện và đặc tính của động cơ  khi giảm từ  thông được biểu diễn  ở  hình (1­9)a. Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ  làm việc của động cơ  khi   giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên, như ở hình (1­9)b. IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH  TỪ ĐỘC LẬP : 1. Đi   ều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi  đi   ện áp  đ   ặt vào phần ứng động cơ:  Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh  điện áp trên   mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ  không thay đổi. Để  tránh những biến động lớn  về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ  bằng cách   thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ một chiều kích từ  độc lập. SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 
  16. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ  nguồn điều áp như:  máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… Các bộ biến đổi trên  dùng để  biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điều chỉnh giá trị  sức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: U Ru R f n M KE KE KM 2 Ta có tốc độ không tải lý tưởng: no = Uđm/KE đm. Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ  bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần  ứng  động cơ  sẽ  giữ  nguyên độ  cứng của đường đặc tính cơ  nên được dùng nhiều trong máy   cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb. *  Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có thể  điều  chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng. * Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư cơ bản   và chi phí vận hành cao. 2. Đi   ều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi  t  ừ thông :  +   U   ­ Iư DM Đ CKĐ               +    RKĐ UKT   ­ Hình 1­10 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông. Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment điện   từ của động cơ M = KM Iư và sức điện động quay của động cơ. Eư  = KE n. Thông thường, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên  giá trị định mức. Đối với các máy điện nhỏ  và đôi khi cả  các máy điện công suất trung bình, người ta   thường sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi từ  thông do tổn hao công   suất nhỏ. Đối với các máy điện công suất lớn thì dùng các bộ biến đổi đặc biệt như: máy   phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến đổi van… Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông. Nếu tăng từ thông thì dòng điện kích   từ  IKT sẽ  tăng dần đến khi hư  cuộn dây kích từ. Do đó, để  điều chỉnh tốc độ  chỉ  có thể  giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ  từ thông so với định mức. Ta thấy lúc này tốc độ  tăng  lên khi từ thông giảm: n = U/KE . Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép. Khi điều chỉnh tốc độ  tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ không thể đổi chiều dòng điện  và chịu được hồ quang điện. Do đó, động cơ không được làm việc quá tốc độ cho phép. Nhận xét: Do quá trình điều chỉnh tốc độ  được thực hiện trên mạch kích từ  nên tổn   thất năng lượng ít, mang tính kinh tế, thiết bị đơn giản. 3. Đi   ều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi  đi   ện trở phụ  trên m   ạch phần ứng : Trong phương pháp này điện trở phụ được mắc nối tiếp với mạch phần ứng của động  cơ theo sơ đồ nguyên lý như sau: SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 
  17. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   Nguyên lý điều chỉnh tốc độ  bằng cách thay đổi điện trở  phụ  trên mạch phần  ứng  được giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc độ n 1 ta đóng thêm  Rf vào mạch phần  ứng. Khi đó dòng điện phần  ứng I ư đột ngột giảm xuống, còn tốc độ  động cơ do quán tính nên chưa kịp biến đổi. Dòng Iư giảm làm cho moment động cơ giảm  theo và tốc độ giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n2 với n2 > n1. Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n 
  18. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   A. SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC: T1 A a i1                           B T2 i2 b C T3 i3 c ĐM LK id Hình 2­1: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực B.  NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG : ­Bộ  biến đổi Thyristor có nhiệm vụ  biến dòng điện xoay chiều của lưới thành dòng  điện một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ. Nó có thể điều khiển suất điện động bộ  biến đổi nên có khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ. ­Trong bộ biến đổi Thyristor : máy Biến áp lực có nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới cho   phù hợp với điện áp cung cấp cho động cơ  , tạo điểm trung tính , tạo pha cho chỉnh lưu   nhiều pha,hạn chế biên độ dòng ngắn mạch,giảm di/dt < di/dt cp nhằm bảo vệ van…. ­Hệ thống Thysitor : nắn dòng cho phù hợp với động  cơ. ­Bộ điều khiển dùng làm biến thiên góc  ,do đó biến thiên Uö dẫn đến thay đổi  ­Bộ lọc gồm tụ điện Co và cuộn kháng L nhằm lọc các thành phần sóng hài bậc cao sao   cho K sb 
  19. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA    Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van Ilv = Ihd Dòng điện hiệu dụng Ihd = khd . Id =0,58 × 59,5 = 34,51 (A) Trong đó: khd : Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng.(khd =0,58)     Ihd : Dòng điện hiệu dụng của van.                  Id  : Dòng điện tải. Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là: có cánh tản nhiệt   với đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc tới 40% Idm v. Idm v = ki . Ilv = 1,4×34,51 = 48,314 (A) Trong đó: Ki : hệ số dự trữ dòng điện. ki=(1,1÷1,4) Vậy thông số van là: Unv = 829,04 (V)                                   Idm v = 48,314 (A) Chọn Thyristor loại T60N1000VOF với các thông sô định mức: (Tra bảng p2) ­Dòng điện định mức của van: Idm = 60 (A) ­Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 1000 (V) ­Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 1400(A) ­Điện áp của xung điều khiển: Uđk = 1,4 (V) ­Dòng điện của xung điều khiển: Iđk = 150 (mA) ­Dòng điện rò: Ir = 25 (mA) ­Độ sụt áp trên van: ∆U = 1,8 (V) du    ­Tốc độ biến thiên điện áp  = 1000 V/s dt    ­Thời gian chuyển mạch : t cm=  180 µs ­Nhiệt độ làm việc cho phép : Tmax =125 o C IV . TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP CHỈNH LƯU: Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ  đồ  đấu dây ∆∕Y, làm mát tự  nhiên bằng không  khí.  THÔNG SỐ CƠ BẢN : 1/Điện áp các cuộn dây: Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: U1 = 380 (V) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: Phương trình cân bằng điện áp khi có không tải: Udo.cos α min =  Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆Uba Trong đó:  Ud : Điện áp chỉnh lưu. αmin  = 10° : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ∆Uv = 1,8 (V) : sụt áp trên Thyristor  ∆Udn ≈ 0 : sụt áp trên dây nối ∆Uba  =  ∆Ur + ∆Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp  Sơ bộ ∆Uba = 5% . Ud = 220×5% = 11 (V) U d + 2.∆Uv + ∆U dn + ∆U ba   220 + 2 1,8 + 0 + 11 Suy ra Udo= =   =238,22 (V) cos α min cos10o U do 238, 22 Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2f =   =   = 203,6(V) Ku 1,17 2/Dòng điện các cuộn dây: Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 
  20. Đồ án môn học: Điện tử công suất              GVHD: NGUY   ỄN TẤN HÒA   1 2 I2 =   . Id =   × 59,5 = 48,58 (A) 3 3 Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: U2 203, 6 I1 = kBA . I2 =  ×I2 =  ×48,58 = 26,03 (A)  U1 380  TÍNH SƠ BỘ MẠCH TỪ : 3/Tiết diện sơ bộ trụ QFe : Sba QFe = kQ    m. f Trong đó:  Sba : Công suất biến áp. kQ : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6 (biến áp khô) m : Số pha máy biến áp (m=3) f : tần số nguồn điện xoay chiều.(f = 50hz) Công suất biến áp nguồn cấp được tính : Sba = kS . Pdmax = kS×Udo×Id = 1,345 × 238,22 × 59,5 = 19064,15 (W) Trong đó : ks : Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực(ks = 1,345) Pdmax : Công suất cực đại của tải [W] 19064,15  Suy ra: QFe = 6.   = 67,64 (cm2)  3 50 4/Đường kính trụ : d Fe  = 4.QFe =9,28 (cm)    Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 9 (cm) 5/Chọn loại thép: Ta chọn loại thép  330, các lá thép có độ dày 0,5 (mm). Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B = 1 Tesla  h 6/Chọn tỷ số : m =   = 2,3  (m = 2 – 2,5) d Fe  h = 2,3×dFe = 2,3×9,28 = 21,3 (cm) Suy ra : chọn chiều cao trụ là 21 (cm)  TÍNH TOÁN DÂY QUẤN : 7/Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp: U1 380 W1 =   =   = 253,06(vòng) 4, 44. f .B.QFe 4, 44 50 1 67, 64.10−4 Trong đó : B : Từ cảm (B=1) Chọn W1 = 253 (vòng) 8/Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp: U2 203, 6 W2 =  ×W1 =   × 253 = 135,55 (vòng) U1 380 Chọn W2 = 136 (vòng) 9/Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2