Đồ án tốt nghiệp - môn điện tử công suất

Chia sẻ: Bùi Thanh Liêm | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:49

Thêm vào BST

Báo xấu

530
lượt xem 159
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

1. Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều Trong nền sản xuất hiện đại , động cơ một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng . Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt , khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải . Chính vì vậy mà động cơ một chiều được dùng...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp - môn điện tử công suất

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT SVTT: NGUYỄN ANH DŨNG
MỤC LỤC Lời nói đầu .......................................................................................................................... 4 CHƯƠNG I........................................................................................................................ 5 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU............................................. 5 I.ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ...................................................................................... 5 2.Cấu tạo của động cơ điện một chiều. ............................................................................... 5 3. Phân loại máy điện.......................................................................................................... 7 Sơ đồ ................................................................................................................................... 7 4 Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều .................................................................. 8 II. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ VÀ ĐẢO CHIỀU ................................................ 8 1) Phương trình đặc tính cơ ................................................................................................ 8 Uư : Điện áp phần ứng......................................................................................................... 8 P : Số cực từ chính .............................................................................................................. 8 Mômen điện từ Mđt =K. θ .Iư .............................................................................................. 9 2. Các phương pháp thay đổi tốc độ ................................................................................... 9 a) Phương pháp thay đổi từ thông θ ,thay đổi dòng kích từ Ikt .Với một phụ tải Mc nhất định .Khi θ giảm tốc độ động cơ tăng lên.......................................................................... 9 b) Thay đổi điện áp phần ứng ............................................................................................. 9 3.Vấn đề đảo chiều............................................................................................................ 11 4) Một số yêu cầu kỹ thuật khác ....................................................................................... 11 a) Độ trơn .......................................................................................................................... 11 b) Dải điều chỉnh tốc độ.................................................................................................... 11 c) Chống mất kích từ......................................................................................................... 12 CHƯƠNG 2 ...................................................................................................................... 12 CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ..................................................................................... 12 I .LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐÔNG CƠ............................... 12 3. Chỉnh lưu cầu một pha.................................................................................................. 16 CHƯƠNG 3 ...................................................................................................................... 19 PHÂN TÍCH SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH THIẾT KẾ ............................................. 19 I.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH LỰC......................................................... 19 1.Sự hoạt động của sơ đồ cầu 1 pha như sau .................................................................... 19 II.PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN RIÊNG...................................................................... 24 CHƯƠNG IV .................................................................................................................... 26 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH LỰC ..................................................................... 26 I. TÍNH CHỌN TIRISTO ................................................................................................. 26 Ký hiệu...................................................................................................................... 27 II. TÍNH TOÁN MBA CHỈNH LƯU ............................................................................... 28 1.Tính toán thông số của MBA :....................................................................................... 28 2.Kết cấu dây quấn thứ cấp............................................................................................... 31 III. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ CHO MẠCH ĐỘNG LỰC........................ 32 1. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn ..................................................................... 32 2.Bảo vệ quá dòng điện của van ....................................................................................... 33
3.Bảo vệ quá điện áp cho van ........................................................................................... 34 CHƯƠNG V ..................................................................................................................... 35 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ...................................................... 35 I.YÊU CẦU ĐỐI VỚI MẠCH ĐIỀU KHIỂN ................................................................. 35 II. NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN. ................................................ 35 Nhiệm vụ của mạch điều khiển......................................................................................... 35 Nguyên tắc điều khiển. ..................................................................................................... 36 Sơ đồ khối mạch điều khiển. .......................................................................................... 38 1) Khối đồng pha .............................................................................................................. 39 2) Khâu so sánh ................................................................................................................ 39 Sơ đồ khâu so sánh............................................................................................................ 39 3) Khâu tạo xung............................................................................................................... 40 III. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN .................................. 42 Tính máy biến áp xung ..................................................................................................... 42 2. Tính khâu khuếch đại xung........................................................................................... 44 3.Chọn tụ C2 và R6........................................................................................................... 45 4.Chọn các khuất thuật toán.............................................................................................. 45 5.Tính tầng so sánh ........................................................................................................... 46 6.Chọn khâu đồng pha ...................................................................................................... 46 7.Tao nguôn nuôi .............................................................................................................. 47 8.Tính toán máy BA nguồn nuôi và đồng pha .................................................................. 48
Lời nói đầu Việc sự dụng động cơ điện trong sản xuất và đời sống là rất rộng rãi , đặc biệt là động cơ điện chiều bởi vì động cơ điện 1 chiều có rất nhiều ưu điểm so vơi động cơ xoay chiều . Nhưng gắn liền với việc sử dụng động cơ điện 1 chiều là quá trình điều chỉnh, đảo chiều tốc độ của động cơ sao cho phù hợp với yêu cầu của thực tế Là 1 sinh viên của khoa Điện và bộ môn Tự Động Hoá được trang bị với những kiến thức về nhiều môn học trong đó có môn điện tử công suât, qua các bài giảng của các thầy cô và quá trình tìm hiểu em đã hoàn thành bản đồ án này. Đây là mảng đề tài khá rộng, với khối lượng công việc lớn và mới mẻ đối với chúng em cho nên em đã gặp một số khó khăn trong qúa trình thiết kế, song được sự hướng dẫn tận tình của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là thầy giáo Phạm Quốc Hải và sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn cùng lớp, nên em đã hoàn thành bản đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quí báu đó. Tuy nhiên do hạn chế về thời gian cũng như về trình độ của bản thân, nên không tránh khỏi còn nhiều chỗ thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn để em hoàn thiện hơn bản đồ án này. Trong bản đồ án này em xin trình bày một số nội dung sau : Chương 1 : Giới thiệu Chung về động cơ điện một chiều. Chương 2 : Các phương án tổng thể. Chương 3: Phân tích sự hoạt động của mạch thiết kế. Chương 4 : Thiết kế và tính toán mạch lực Chương 5 : Tính toán và thiết kế mạch điều khiển. Sinh viên thiết kế Đinh anh Dũng
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I.ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều Trong nền sản xuất hiện đại , động cơ một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng . Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt , khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải . Chính vì vậy mà động cơ một chiều được dùng nhiều trong các nghành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép , hầm mỏ, giao thông vận tải ... mà điều quan trọng là các nghành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều . Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất định của nó như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảo quản cổ góp điện phức tạp hơn ( dễ phát sinh tia lửa điện )... nhưng do những ưu điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quan trọng nhất định trong sản suất . Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay vào khoảng 10000 KW , điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000 V . Hướng phát triển hiện nay là cải tiến tính năng của vật liệu , nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những động cơ có công suất lớn hơn ... 2.Cấu tạo của động cơ điện một chiều. Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính : phần tĩnh và phần động. 2.1.Phần tĩnh hay stato. Đây là đứng yên của máy , bao gồm các bộ phận chính sau: a, 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 cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt . Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối . Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông . Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn
cách điện trước khi đặt trên các cực từ . Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau. b, Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt trên 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 rạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. c, Gông từ : Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. d, Các bộ phận khác. Bao gồm: - Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ 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 bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy 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 chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại. 2.2 Phần quay hay rôto. Bao gồm những bộ phận chính sau : a, Lõi sắt phần ứng : Dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto. b, Dây quấn phần ứng. Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kW thường dùng dây có tiết diện
tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit. c, Cổ góp : Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng. d, Các bộ phận khác. - Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thường chế tạo theo kiểu bảo vệ, ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ. Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài 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. Phân loại máy điện Động cơ điện một chiều phân loại theo cách kích thích từ thành động cơ điện kích hích độc lập, động cơ điện kích thích song song ,kích thích nối tiếp,kích thích hỗn hợp Trên thực tế đặc tính của động cơ kích từ độc lập và kích thích song song là giống nhau nên khi cần công suất lớn người ta thường dùng động cơ kích từ độc lập để có thể điều chỉnh dòng điện kích thích được thuận tiện do đó mà điều chỉnh tốc độ dễ dàng và kinh tế hơn mặc dù nó đòi hỏi có dòng bên ngoài. Trong đồ án này ta xét đến động cơ điện một chiều kích từ độc lập Sơ đồ U E Rf U CKT Rkt Ikt Ukt
Khi mà nguồn một chiều có công suất không quá lớn thì mạch phần ứng và mạch từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên gọi là động cơ điện một chiều kích từ độc lập 4 Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều Khi cho điện áp U vào hai chổi than A,B trong dây quấn phần ứng sinh ra dòng điện Iư .Các thanh dẫn ab,cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực Fđt tác dụng làm cho Roto quay ,khi phần ứng quay nửa vòng thì vị trí các thanh dẫn ab,cd đổi chỗ cho nhau do đó các phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều tác dụng không đổi đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi,khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Eư ,chiều quay xác định theo quy tắc bàn tay trái Phương trình phần ứng Uư = Eư +Rư.Iư II. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ VÀ ĐẢO CHIỀU 1) Phương trình đặc tính cơ U Uư = Eư +(Rư +Rf)Iư E Rf Uư : Điện áp phần ứng I Eư : Suất điện động phần ứng U Rư ,Rf : Điện trở phần ứng,điện trở phụ trong mạch phần ứng CKT Rkt Iư : Dòng điện mạch phần ứng Ikt Rư =rư +rct +rb +rtc Ukt rư : Điện trở cuộn dây phần ứng rct : Điện trỏ cực từ phụ rb : Điện trở cuộn bù rtx : Điện trở tiếp xúc chổi điện P.N Eư = θ .ω = K .θ .ω 2π .a P.N K= 2.π .a P : Số cực từ chính
N : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng θ : Từ thông kích từ dưới một cực từ Wb ω : Tốc độ góc (Rad/s) Eư = Ke . θ .n Eu U − ( Ru + R f ).I u U ( Ru + R f ) ω= = = − Iu K .θ K .θ Kθ Kθ Mômen điện từ Mđt =K. θ .Iư M dt Suy ra Iư = K .θ Nếu bỏ qua tổn thất coi mômen điện từ bằng mômen cơ đầu trục Mđt =Mcơ =M U u Ru + R f ⇒ω = − .M (1) K .θ ( K .θ ) 2 Mômen phụ thuộc vào từ thông và dòng phần ứng Từ phương trình (1) suy ra : để thay đổi tốc độ động cơ ta có thể dùng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Uư ,từ thông θ tức là thay đổi dòng kích từ Ikt và thay đổi điện trở phần ứng Rư ,Rf M =K. θ .Iư .do đó muốn đảo chiều động cơ tức là đảo chiều mômen M ta có thể dùng phương pháp đảo chiều từ thông (tức là đảo chiều dòng kích từ Ikt ) hoặc là đảo chiều dòng điện phần ứng Iư 2. Các phương pháp thay đổi tốc độ a) Phương pháp thay đổi từ thông θ ,thay đổi dòng kích từ Ikt .Với một phụ tải Mc nhất định .Khi θ giảm tốc độ động cơ tăng lên Error! n nodm θ dm Iu M(Iu) Khi kích thích dòng khác nhau đặc tính cơ nhận được khác nhau và độ dốc khác nhau.Giao điểm mômen cản Mư =f(Iư) với các đường trên cho biết tốc độ xác lập ứng với thông số khác nhau của từ thông . b) Thay đổi điện áp phần ứng - Để điều chỉnh điện áp phần ứng đông cơ điện một chiều cần có thiết bị
nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập , các bộ chỉnh lưu điều khiển các thiết bị này có chức năng biến đổi lượng xoay chiều thành một chiều có suất điện động Eb điều chỉnh được là nhờ tín hiệu Uđk LK BBĐ - Phương trình đặc tính cơ của hệ thống như sau: Eb R + Rb ω= − ud .I u KΦ dm KΦ dm - Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng của đặc tính cơ cũng không thay đổi còn tốc độ không tải lý tưởng tuỳ thuộc vào giá trị điện áp Uđk của hệ thống do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để - Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta thấy rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản là đặc tính ứng với điện áp định mức và từ thông cũng giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi động , khi mômen tải là định mức thì giá trị lớn nhất va nhỏ nhất của tốc độ là M dm ω max = ω 0 max − β M dm ω min = ω 0 min − β Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mômen ngắn mạch là: Mnmmin = Mcmax = KM.Mđm Trong đó : KM hệ số quá tải về mômen, do họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song với nhau nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết:
1 M dm ω min = (M nm min − M dm ) = (K M − 1) β β M dm ω 0 max β ω 0 max − −1 β M dm D= = M dm KM −1 (K M − 1) β * Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc tuyến tính vào β ωomax ωmax ωđk1 ω0min ωmin ωđk2 Mđm Mnmmin 3.Vấn đề đảo chiều Chiều quay động cơ phụ thuộc vào chiều quay mômen có thể dùng hai phương pháp .Hoặc thay đổi chiều dòng phần ứng Iư hoặc đổi chiều từ thông (đổi chiều dòng kích từ Ikt). Nếu dùng phương pháp đảo chiều dòng kích từ .Khi máy đang quay thì do hệ số điện cảm của cuộn dây kích thích lớn (do có nhiều vòng dây) nên khi thay đổi dòng kích thích Ikt thì xuất hiện suất điện động cảm ứng rất cao gây ra điện áp làm đánh thủng cách điện dây quấn kích thích . Do đó để đảo chiều quay động cơ ta chon phương pháp đảo chiều dòng phần ứng Iư 4) Một số yêu cầu kỹ thuật khác a) Độ trơn ω i +1 γ = ωi Trong đó : ω i , ω i +1 là tốc độ ổn định của động cơ đạt được ở cấp i ,i+1 γ → 1 tức là hệ truyền động có thể ổn định ở mọi vị trí trong toàn dải điều chỉnh b) Dải điều chỉnh tốc độ Là phạm vi điều chỉnh – là tỉ số giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với mômen tải đã cho
ω max D= ω min Trong đó : ω max bị hạn chế bởi độ bền động cơ và độ bền của vành góp ω min bị chặn bởi yêu cầu về mômen khởi động ,khả năng quá tải và sai số tốc độ làm việc cho phép. c) Chống mất kích từ Khi mở máy phải đảm bảo chống mất kích từ mà nguyên nhân là do ngắn mạch kích thích U − Eu U Vì khi đó Eư = 0 nên Iư = = Ru Ru Do U không đổi và Rư rất nhỏ (điện trở cuộn dây phần ứng) nên Iư rất lớn làm cháy dây quấn và vành góp Cách khắc phục điều này là phải có bộ phận nhận biết được mất kích từ ( θ = 0 và do đó Iư =0) thì lập tức ngắt nguồn cấp cho phần ứng tức Uư = 0. Khi đó Iư không lớn và tránh được sự cố trên. CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ Để lựa chọn được một phương án thích hợp với yêu cầu “ Cấp điện cho đông cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có đảo chiều theo nguyên tắc điều kiển riêng “ ta cần phải lựa chọn 1 phương án điều chỉnh tốc độ và sơ đồ mạch lực phù hợp I .LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐÔNG CƠ Nói chung ta có thể tiến hành điều chỉnh tốc độ động cơ theo 2 phương pháp chủ yếu như đã nêu ơ trên : Điều chỉnh điện áp phần ứng và điều chỉnh từ thông φ • Phương pháp điều chỉnh từ thông φ . Phương pháp điều chỉnh từ thông φ có thể thay đổi tốc độ được một cách liên tục và kinh tế nhưng chỉ có thể điều chỉnh được tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức và bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí • Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng . Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng có thể điều chỉnh tốc độ 1 cách liên tục và dễ dàng thực hiện bằng cách thay đổi góc điều kiển α . Mặt khác phương pháp này trong quá trình điều
kiển thay đổi tốc độ thì không tiêu hao năng lương và momen của đông cơ không đổi . Nhân xét : Từ những phân tích ở trên ta lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ của đông cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC. Để thay đổi và đảo chiều của động cơ điện 1 chiều chúng ta buộc phải thiết kế các bộ chỉnh lưu đảo chiều với sơ đồ nguyên lý như sau . Tải CL II Dựa vào công suất cung cấp cho tải mà ta lựa chọn mạch chỉnh lưu là một pha hay mạch chỉnh lưu 3 pha .Thông thường theo kinh nghiêm ta có : + Nếu công suất của mạch cung cấp lớn hơn 5 ÷ 7 kW ta sử dụng mạch chỉnh lưu 3 pha + Nếu công suất của mạch cần cung cấp nhỏ hơn 5 ÷ 7 kW ta sử dụng mạch chỉnh lưu 1 pha - Công suất mạch phần ứng : Pư = 600.5 = 3000W = 3kW < 5 ÷ 7 kW nên ta sử dụng mạch chỉnh lưu 1 pha để cung cấp cho phần ứng. - Công suất mạch phần cảm : Pcảm = 400.0,6 = 240W = 0,24kW < 5 ÷ 7 kW nên ta sử dụng mạch chỉnh lưu 1 pha để cung cấp cho phần cảm. • Các sơ đồ chỉnh lưu 1 pha 1. Chỉnh lưu một nửa chu kỳ . T U1 U2 R L
Với sơ đồ này sóng điện áp ra một chiều bị gián đoạn trong một nửa chu kỳ khi điện áp anốt của van bán dẫn âm , do đó khi sử dụng sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ chất lượng điện áp tải xấu . Điện áp tải trung bình lớn nhất trên tải Udo = 0,45U2 Vì chất lượng điện áp xấu nên hiệu suất của máy biến áp cũng thấp . Sba = 3,09.Ud.Id +Ưu điểm - Là loại chỉnh lưu có nguyên lý đơn giản ít van +Nhược điểm - Chất lượng điện áp xấu - Hiệu suất sử dụng máy biến áp thấp 2. Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính T1 U2 R L U1 U2 T2 Dạng dòng ,áp trên tải và điện áp ngược trên van T1 trong trường hợp tải điện cảm lớn Ud a o 2? id Id Id i T1 Id i T1 Ud o 2?
• Xét với tải RL , điện cảm lớn để lọc dòng và áp có chất lượng tốt - Biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau, ở mỗi nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng chảy qua - Khi θ = α cho phát xung mở T1 , T1 dẫn do điện áp đầu anot dương và có xung mở . Khi θ = π , điện áp trên anot = 0 nhưng do có cuộn cảm L nên vẫn còn dòng điện Id nên T1 chưa khoá , T1 tiếp tục dẫn cho đến khi θ = π + α , phát xung mở T2 thì T1 bị khoá và T2 dẫn . T1 khoá không phải dòng đã về 0 mà là do T2 dẫn . T2 lại dẫn cho đến khi θ = 2π + α , T1 được phát xung mở , T1 dẫn và T2 bị khoá lại. Quá trình cứ như vậy cho đến khi điện áp tải đập mạch có tần số bằng 2 lần tần số điện áp xoay chiều . Với α : là góc điều khiển mở . + Điện áp trung bình trên tải π +α 2 2 2 Ud = 2π ∫ 2. U2.sinαdα = π .U2.cosα = Udo.cosα α 2 2 Udo = .U2 = 0,9.U2 : π • Điện áp chỉnh lưu không điều khiển khi tải là thuần trở . + Điện áp ngược trên van là lớn Unv = 2 2 U2 Tải có điện cảm lớn nên dòng tải liên tục id = Id Mỗi van dẫn thông một nửa chu kỳ + Dòng hiệu dụng qua van (chính là dòng hiệu dụng qua máy biến áp). 2π 1 Id . ∫ I d dθ = 2 Ihd = = 0,71.Id 2π 0 2 + Hệ số đập mạch Kđm = 0,67. + Công suất máy biến áp Sba = 1,48.UdId • Nhận xét : + Ưu điểm : - So với chỉnh lưu một nửa chu kỳ thì chỉnh lưu hình tia có điện
áp với chất lượng tốt hơn - Dòng qua van không quá lớn - Điều khiển van đơn giản + Nhược điểm - Chế tạo máy biến áp phải có 2 cuộn giống nhau mỗi cuộn làm việc 1nửa chu kỳ - Chế tạo biến áp phức tạp - Hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn - Điện áp ngược trên van là lớn . 3. Chỉnh lưu cầu một pha Các đặc tính điện áp tải , dòng qua tải , dòng qua van và điện áp ngược trên van trong trường hợp tải RL , R đủ lớn để đảm bảo dòng qua tải là liên tục được biểu diễn trên hình vẽ Ud a 0 2 ? id Id Id i T1T2 i T3T4 Id UT1 o 2 ? Id i2
- Mạch có T1 , T3 chung Katot T2 , T4 chung Anot Nửa chu kỳ đầu U2 > 0 , Anot của T1 dương , Katot của T2 âm . Nếu có xung điều khiển mở đồng thời T1 và T2 thì cả hai van này được mở thông và đặt điện áp lưới lên tải Ud = U2 . Điện áp tải một chiều bằng điện áp xoay chiều (Ud = U2) cho đến khi nào T1 , T2 còn dẫn .(Khoảng dẫn của các van phụ thuộc vào tải ) . Nửa chu kỳ sau, điện áp đổi dấu , anot của T3 dương và katot T4 âm , nếu có xung điều khiển mở đồng thời T3,T4 thì các van này được mở thông và Ud = - U2 , với điện áp một chiều có cùng chiều với nửa chu kỳ trước + Giá trị trung bình của tải π +α 2 2 2 Ud = 2π ∫ 2.U 2 sin θ .dθ = 2 .U 2 cos α = Udo cosα. α Udo : điện áp trung bình tải trong chỉnh lưu cầu không điều khiển . + Dòng qua máy biến áp cũng bằng dòng qua van (khi van mở) . + Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp π +α 2 2 I2 = 2π ∫ Id θ = Id α + Điện áp ngược lớn nhất van phải chịu Unv = 2 U2 + Dòng làm việc của van tính theo giá trị trung bình π +α 1 2 Id IT = 2π ∫ Id θ = 2 = 0.71 Id α + Hệ số đập mạch kđm = 0,67 + Công suất biến áp Sba = 1,23Pd Nhận xét : Chất lượng điện áp của chỉnh lưu cầu một pha giống như chỉnh lưu hình tia . Hình dạng đường cong điện áp , dòng tải , dòng qua van bán dẫn , hệ số đập mạch như trong chỉnh lưu hình tia . + Ưu điểm : - Điện áp ngược trên van nhỏ hơn một nửa so với chỉnh lưu hình tia Unv= 2 U2.
- Máy biến áp chế tao đơn giản hơn , và có hiệu suất cao hơn so với chỉnh lưu hình tia . + Nhược điểm : - Số van nhiều hơn - Điều khiển van T1 ,T2 và nhóm T3 , T4 phải đồng thời nên khó khăn hơn. Nhận xét chung Từ các phân tích trên ta lựa chọn mạch lực là mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha. Do yêu cầu cấp điện cho động cơ có đảo chiều theo nguyên tắc điều kiển riêng nên ở đây ta lựa chọn sơ đồ cầu 1 pha đối xứng vì sơ đồ cầu 1 pha không đối xứng có hệ số cosϕ cao hơn nhưng không đảo chiều dòng điện ra tải . Vậy ta lựa chọn sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần ứng và phần cảm của động cơ như sau: Sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần ứng . T1 T2 Ru T1’ T2’ Lu T3 T4 Eu T3’ T4’ Sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần cảm. T1 D2 RF T3 D4
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH THIẾT KẾ I.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH LỰC . Mạch lực bao gồm 2 sơ đồ cầu hoạt động độc lập riêng rẽ : bộ chỉnh lưu I chạy thì bộ chỉnh lưu II không chạy , ngược lại bộ chỉnh lưu II chạy thì bộ chỉnh lưu I nghỉ . Do vậy khi bình thường 1 bộ hoạt động ơ chế độ chỉnh lưu thì sơ đồ mạch lực lúc này là sơ đồ cầu 1 pha . 1.Sự hoạt động của sơ đồ cầu 1 pha như sau : Tải ta coi tải là RLE , cuộn cảm L được thêm vào để lọc điện áp và dòng .
a) Mạch hoạt động khi La = o + θ = α phát xung mở T1 , T2 T1T2 dẫn T3 , T4 khoá Điện áp ra tải Ud = U2 + θ = π + α phát xung mở T3 , T4 T1 , T2 khoá ; T3 , T4 dẫn (mở) Điện áp ra tải Ud = - U2 + Điện áp trung bình tải 2 2 Ud = U2cosα π + Điện áp ngược lớn nhất trên van Unv = 2.U 2 + Dòng liên tục nên id =Id + Phương trình mạch tải di 2U 2 . sin θ =R.id +XL . +E dt π +α π +α π +α π +α 1 1 1 E π ∫ α 2U 2 sin θ .dθ = ∫ R.id + π ∫ α X L .did + π α ∫ dθ π α Ud =RId +E + Dòng hiệu dụng thứ cấp máy biến áp π +α 1 ∫I dθ = I d 2 I2 = π d α b) Trùng dẫn UD 0 θ 2π ID IT1 IT3 ID