» Luận Văn - Báo Cáo

» Điện-Điện tử-Viễn thông

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

Báo xấu

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:

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

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

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
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
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
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
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
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
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( )
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.05: Bộ 150+ Luận Văn Thạc Sĩ Quản Trị Nhân Lực

172 tài liệu

923 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline:0933030098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2009-2019 TaiLieu.VN. All rights reserved.