Tải bản đầy đủ

Đồ án thiết kế điện tử công suất điều khiển đóng mở van SCR

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

MỤC LỤC
PHẦN I: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ........................ 4
1.Tổng quan. ...................................................................................................................... 4
1.1.Mục đích – Vai trò của việc phân tích ,lựa chọn phương án truyền động điện. ...................... 4
1.2. Cơ sở lựa chọn phương án truyền động. .............................................................................. 4

2. Chọn động cơ và các phương án điều chỉnh. ................................................................... 4
2.1.Các loại động cơ . ................................................................................................................ 4
2.2.Động cơ điện một chiều ........................................................................................................ 5
a.Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều ................................................................................ 5
b.Cấu tạo động cơ điện một chiều............................................................................................... 5
2.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ. ..................................................................................... 7
2.3.1 Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp......................................................................................... 7
2.3.2 Động cơ 1 chiều kích từ độc lập ......................................................................................... 8
a. Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng..................................................................................... 9
b. Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi từ thông. ........................................................................11
c.Thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng ...............................................................................13

3.Phân tích chọn các phương án hãm,dừng động cơ.......................................................... 15

3.1.Hãm tái sinh:......................................................................................................................16
3.2. Hãm ngược : ......................................................................................................................17

4. Phân tích chọn bộ biến đổi ........................................................................................... 19
4.1 Bộ biến đổi máy điện. .......................................................................................................20
4.2. Bộ biến đổi điện từ .............................................................................................................21
4.3 Bộ biến đổi chỉnh lưu không điều khiển + xung áp một chiều. ..............................................21
4.4 Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Dùng thyristor. ...................................................................22
4.5 Kết luận. ............................................................................................................................23

PHẦN II: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC ........................................... 24
1.Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng. ........................................................... 24
a.

Sơ đồ động lực. ..................................................................................................................24

2. Sơ đồ hình cầu 3 pha điều khiển đối xứng .................................................................... 26
a. Sơ đồ nguyên lý : ...................................................................................................................26
b. Đặc điểm của sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng : ...............................................................26
c. Nguyên lí làm việc sơ đồ cầu 3 pha điều khiển đối xứng .........................................................27

3. Kết luận........................................................................................................................ 29
PHẦN III: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ................................... 30
1. Giới thiệu chung ........................................................................................................... 30
1.1 Hệ thống điều khiển pha đứng ...........................................................................................30

1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
a.Sơ đồ khối hệ thống điều khiển theo pha đứng. .......................................................................30
b.Nguyên lý cơ bản của hệ thống điều khiển theo nguyên tắc pha đứng......................................32
1.2 Hệ thống điều khiển pha ngang. .........................................................................................33
1.3 Hệ thống điều khiển dùng điốt 2 cực gốc ( tranzitor một tiếp giáp ). ...................................34

2.Thiết kế mạch điều khiển............................................................................................... 34
2.1.Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa (ĐBH-FSRC) .......................................................34
a.

Nhiệm vụ ...........................................................................................................................34


b.

Sơ đồ nguyên lý: ................................................................................................................34

c.

Sơ đồ mạch . ......................................................................................................................34

d.

Nguyên lý hoạt động: .........................................................................................................35

e.

Giản đồ điện áp . ...............................................................................................................36

2.2. Khối so sánh. ......................................................................................................................36
2.3.Khối tạo xung và phân chia xung (TX - PCX).......................................................................38
a.Mạch sửa xung. ......................................................................................................................38
b. Mạch khuyếch đại và truyền xung . ........................................................................................39
2.4.Khối tổng hợp và khuyếch đại trung gian (KĐTG). ..............................................................39
a. Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ.......................................................................40
b. Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm dòng.........................................................................41
c.Mạch tổng hợp và khuếch đại tín hiệu. ....................................................................................42

1 Căn cứ chọn sơ đồ chỉnh lưu thiết kế : .......................................................................... 43
2 Phân tích các phương án thiết kế bộ chỉnh lưu. ............................................................ 43
a.

Chỉnh lưu một pha . ...........................................................................................................43

b.

Chỉnh lưu ba pha. ..............................................................................................................44

3 Nhận xét :..................................................................................................................... 45
PHẦN V. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ ...................................................................................... 45
1.

Đặt vấn đề . ............................................................................................................... 46

2.Tính chọn thiết bị .......................................................................................................... 46
2.1 Chọn động cơ. .....................................................................................................................46
2.2 Chọn máy biến áp động lực. ................................................................................................47
a.Chọn giá trị điện áp định mức của cuộn dây thứ cấp máy biến áp cung cấp. ............................47

b.Chọn các thông số khác của MBA ................................................................................. 47
2.3 Chọn van chỉnh lưu Tiristor. ................................................................................................49
2.4. Tính chọn cuộn kháng san bằng .........................................................................................51
2.5. Tính các phần tử R-C của mạch bảo vệ quá áp cho các thyristor.........................................53
2.6. Chọn Aptomát.....................................................................................................................53
2.7. Chọn máy phát tốc. .............................................................................................................54
2.8. Chọn điện trở hãm .............................................................................................................55

2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
3. Tính chọn thiết bị mạch điều khiển ............................................................................... 55
3.1. Tính chọn Tranzitor khâu khuếch đại cuối cùng ..................................................................55
3.3. Các vi mach khuếch đại thuật toán trong mạch tích phân. ...................................................56

4. Tính chọn bộ khuếch đại trung gian .............................................................................. 57
5. Xác định hệ số khuếch đại của hệ thống ....................................................................... 60
PHẦN VI . XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĨNH ........................................................................ 61
1 . Mục đích – ý nghĩa. ..................................................................................................... 61
2. Xây dựng đặc tính cơ của hệ thống. .............................................................................. 61
2.1. Xây dựng đoạn đặc tính thứ nhất. .......................................................................................61
a.Xây dựng đường đặc tính cao nhất .........................................................................................62
b. Xây dựng đặc tính cơ thấp nhất: ............................................................................................65

3. Kiểm tra chất lượng tĩnh. .............................................................................................. 67
PHẦN VII: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ CHẠY TRÊN PHẦN MỀN MATLAB ............ 68
I. GIỚI THIỆU PHẦN MỀN MATLAB/SIMULINK ....................................................... 68
1. Thyristor ...............................................................................................................................69
2.Khối đo dòng..........................................................................................................................72
3.Khối Đo áp ............................................................................................................................73
4. Thư viện Sources ...................................................................................................................74
5. Thư viện Sinks ......................................................................................................................75
6.Thư viện Signal Routing .........................................................................................................75
7.Thư viện Math Operations ......................................................................................................75
8. Thư viện Continuous .............................................................................................................75
9. Khối Pulse generator .............................................................................................................76
10. Cách tạo xung α với sơ đồ hình cầu......................................................................................78
11. Cải tiến cách phát xung với mạch chỉnh lưu 3 pha, cầu, có điều khiển: .................................79

III. MẠCH MÔ PHỎNG CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA ĐIỀU KHIỂN ĐỐI XỨNG ........... 81
1.

Sơ đồ mạch . ......................................................................................................................81

2.

Cài đặt tham số trong mạch . ..............................................................................................83

3.Các đồ thị khi mô phỏng : ....................................................................................................90

PHẦN VII. THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ........................................................... 95
1- Nguyên lý khởi động. ................................................................................................... 95
2. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ . ....................................................................................... 96
3- Nguyên lý ổn định tốc độ. ............................................................................................ 96
4. Nguyên lý tự động hạn chế phụ tải ............................................................................... 96
5. Nguyên lý hãm dừng hệ thống. ..................................................................................... 97

3


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
PHẦN I: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
1.Tổng quan.
1.1.Mục đích – Vai trò của việc phân tích ,lựa chọn phương án truyền động điện.
Việc lựa chọn phương án truyền động điện có vai trò rất quan trọng . Nó
quyết định đến chất lượng sản phẩm cũng như ảnh hưởng tới hiệu quả kinh tế
sản suất :
- Khi lựa chọn đóng chóng ta có thể tăng năng suất làm việc , hạn chế
những hành trình dư thừa ,nâng cao hiệu quả kinh tế .
-Việc lựa chọn lựa chọn không hợp lý không những gây ra những tổn thất
về kinh tế mà có thể còn gây ra những hậu quả khó lường .
1.2. Cơ sở lựa chọn phương án truyền động.
Để có được phương án lựa chọn truyền động tốt nhất ta cần căn cứ vào
đặc điểm công nghệ của nó ,căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng để chọn phương án.
Mỗi phương án đều có ưu và nhược điểm riêng ,khi lựa chọn cần đảm bảo các
chỉ tiêu về mặt kỷ thuật cũng như về mặt kinh tế ,trong đó cần chó trọng đảm
bảo chi tiêu về mặt kỷ thuật. Thường thì để đảm bảo tốt chỉ tiêu về mặt kỷ thuật
thì kèm theo chỉ tiêu về kinh tế . Do vậy ,tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng và độ
chính xác của sản phẩm ta chọn phương án truyền động thỏa mạn các tiêu chí về
kinh tế và kỹ thuật .

2. Chọn động cơ và các phương án điều chỉnh.
2.1.Các loại động cơ .
Trong công nghiệp có 2 loại động cơ thường được sử dụng :
- Động cơ xoay chiều :
 Động cơ không đồng bộ ( Động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc và
động cơ không đồng bộ rô to dây quấn).
 Động cơ đồng bộ.

4


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-Động cơ điện một chiều :
 Động cơ một chiều kích từ độc lập.
 Động cơ một chiều kích từ nối tiếp.
 Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp.
Mỗi loại động cơ có các đặc điểm cấu tạo, vận hành và ứng dụng riêng
dựa vào yêu cầu thiết kế được giao, em nghiên cứu và phân tích để lựa chọn
phương án truyền động điều khiển động cơ một chiều và các phương án điều
chỉnh tốc độ kèm theo.
2.2.Động cơ điện một chiều
a.Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều
Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện
hoặc động cơ điện. Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng
thành cơ năng. Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Động
cơ điện một chiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông
vận tải.
b.Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động
(rôtor)

Hình 1: Động cơ điện một chiều

5


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
Gồm các phần chính sau:
- 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 cực từ làm
bằng những lá thép kỹ thuật điện. Cực từ được gắn chặt vào vỏ nhờ
các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách
điện.
- Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện
đổi chiều
- Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ
máy.
- Các bộ phận khác:
o Nắp máy.
o Cơ cấu chổi than.
 Lõi sắt phần ứng:
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng những lá thép kỹ thuật
điện dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có dập
hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào
 Dây quấn phần ứng:
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua. Thường
làm bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ 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 với rãnh của lõi thép.
 Cổ góp:
Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng
điện xoay chiều thành một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi
nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một
hình trụ tròn. Đuôi vành góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của
các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng.
 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.

6


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
2.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ.
Để thiết kế hệ truyền động phù hợp với yêu cầu ta cần đưa ra nhiều phương
án khác nhau, rồi sau đó so sánh các phương án trên phương diện kinh tế và kỹ
thuật để chọn ra phương án tối ưu.
Đây là động cơ sử dụng năng lượng điện 1 chiều bao gồm:
-Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
-Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp.
Với động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp là lọai động cơ có kết cấu phức tạp,giá
thành cao nên ta loại bỏ vì không phù hợp chỉ tiêu kinh tế.


2.3.1 Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp
Sơ đồ nguyên lý
_

+

TN
N. Tạo

CKT

0

Đặc tính cơ

M

Hinh 2:Mạch động cơ một chiều kích từ nối tiếp.
- Phương trình đặc tính cơ điện:


U
R

KC.I KC

- Phương trình đặc tính cơ :


U
R

KCM KC

M  KCI 2

Ta thấy loại này có cuộn kích từ nối tiếp với phần ứng động cơ nên dòng
kích từ chính là dòng phần ứng động cơ .
Do vậy khi Iư biến đổi thì từ thông  cũng biến đổi sẽ gây ra hiện tượng
từ dư (tổn thất phụ) lớn.
dư = (2  10).đm

7


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
Mà động cơ một chiều kích từ nối tiếp có đặc tính cơ ở dạng phi tuyến
(hypecbol ), nên đặc tính cơ mềm và độ cứng lại thay đổi theo phụ tải. Động cơ
một chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về momen nhờ cuộn CKT
mắc nối tiếp vào mạch phần cứng nên có khả năng khởi động tốt hơn động cơ
một chiều kích từ độc lập.Vì vậy loại động cơ này thường được sử dụng trong hệ
truyền đông yêu cầu quá tải cao và momen khởi động lớn.
Mặt khác, từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng nên khả
năng chịu tải của động cơ bị ảnh hưởng rất lớn của điện áp lưới. Điều này gây
khó khăn trong quá trình điều chỉnh và ổn định tốc độ, quá trình này chỉ có hiệu
quả ở tốc độ rất thấp và hiệu quả không cao, ở tốc độ cao đạt được điều này là
rất khó khăn.
Dựa vào phương trình đặc tính cơ ,để điều chỉnh tốc độ động cơ một
chiều kích từ nối tiếp ta có thể thay đổi điện áp phần ứng hoặc thay đổi điện trở
phần ứng bằng cách mắc thêm điện trở phụ .
Phương pháp thay đổi tốc độ động cơ băng cách thay đổi điện trở phần
ứng có đặc điểm :
- Vì phải thêm điện trở phụ nên phương pháp này chỉ cho tốc độ thay đổi
theo chiều hướng giảm.
- Muốn tốc độ càng nhỏ thì điện trở phụ càng lớn nên tổn hao tăng lên.
- ở những tốc độ nhỏ đặc tính cơ dốc nhiều nên độ ổn định tốc độ rất kém.
- Dải điều chính tốc độ phụ thuộc vào trị số phụ tải Mc .
- Điều chỉnh có cấp.
2.3.2 Động cơ 1 chiều kích từ độc lập
Do mạch kích từ nằm độc lập với mạch phần ứng nên từ thông kích từ
 = const khi tải thay đổi.
Phương trình đặc tính cơ:



U
R
U
R. M

Iu 

.
2
K K
K   K 

Vì  = const nên quan hệ (M) là quan hệ đường thẳng.

8


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
Độ cứng đặc tính cơ:

 K 

R

2

 const .


0

Ð
M

0

CKÐ

Hinh 3. Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Nhận xét: Đặc tính cơ có dạng đường thẳng và có độ cứng cao .khi động
cơ làm việc với tốc độ không đổi thì momen điện từ bằng momen cản trên trục
động cơ. Loại động cơ này cho phép quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và dễ điều
chỉnh. Từ phương trình đặc tính cơ cho thấy loại động cơ này có thể điều chỉnh
tốc độ tới 3 cách là điêù chỉnh Uư, Rf, và ik.
Trong thực tế đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập thường có 3
phương pháp điều chỉnh tốc độ như sau :
- Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng
- Điều chỉnh từ thông kích từ
a. Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng
 Sơ đồ nguyên lý:

+



-




tn
r f1



®
+

ck §

r

f

r f2
m

0

h 2

h 3

r f3

Hình 4: Đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng.

9


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
Giả thiết :
U= Uđm = const ; = đm = const ; R = Var
 Phương trình đặc tính cơ:

ω=

U ®m
R + Rf
*M
K Φ ®m (K Φ ®m )2

 Dạng đặc tính cơ:
Khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng ta có dạng đặc tính cơ như hình (H3)
 Nhận xét :
Từ phương trình đặc tính cơ và dạng đặc tính cơ ta thấy khi thay đổi điện
trở phụ mạch phần ứng (tăng Rf) làm cho :
- Đặc tính cơ mềm đi
- Độ sụt tốc độ  =

R  Rf
(K Φ dm )

2

.M tăng lên

(K Φ dm )2
- Độ cứng đặc tính cơ  =
giảm
R  Rf
- Mức độ phù hợp tải

P = U.I = const
M = K  .Iư = const

Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản bằng
cách giảm độ cứng đặc tính cơ. Nó là phương pháp điều chỉnh không triệt để
,dải điều chỉnh phụ thuộc giá trị của momen cản,độ chính xác duy trì tốc độ
không cao,độ tinh chỉnh kém.
- Khi điều chỉnh tốc độ xuống thấp, sai số tốc độ càng lớn và moomen ngắn
mạch càng nhỏ nghĩa là độ duy trì tốc độ và khả năng quá tải kém,ngoài
ra số cấp điện trở có hạn và việc điều chỉnh không trơn.
- Dải điều chỉnh không rộng D = 5:1.
- Phương pháp này gây tổn thất nhiều năng lượng do đó giảm hiệu suất hệ
thống.

10


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
b. Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi từ thông.
 Sơ đồ nguyên lý (H.7):
Khi thay đổi từ thông kích từ động cơ một chiều kích từ độc lập chính là
điều chỉnh mô men điện từ của động cơ M =K  .Iư và điều chỉnh sức điện động
quay E =K  . của động cơ .Do kết cấu của máy điện nên ta thường giảm từ
thông  .

+

Giả thiết :
U = Uđm = const



R = const
 Phương trình đặc tính cơ

ck §

bb®

U
R
ω  dm .M
K Φ ( K Φ) 2

¦

u ®k

u
h 7

Tốc độ không tải lý tưởng :

ωox =

r

®
+

 = Var

-



U ®m
= var
KΦx

Hình 5 : Động cơ 1 chiều kích từ độc lập

Độ cứng đặc tính cơ :

( K Φ x )2
= = var
R

Ở đặc tính cơ điện :

Inm =

U ®m
= const
R

11


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
 Dạng đặc tính cơ:
Đặc tính cơ ( H 8 )
Đặc tính cơ điện ( H 9 )












 



®m
m

0
m nm2

0


®m

I
I nm

m nm1 m nm

h 9

h 8

Hình 6:Đặc tính cơ động cơ một chiều khi thay đổi từ thông
 Nhận xét:
Ta thấy rằng mạch kích từ của động cơ một chiều kích từ độc lập là mạch
phi tuyến cho nên hệ điều chỉnh từ thông cũng là phi tuyến .Khi giảm từ thông ở
một mức độ nào đó thì tốc độ động cơ tăng lên và đồng thời phải đảm bảo điều
kiện chuyển mạch cổ góp.
Nhưng nếu giảm từ thông  quá nhiều vì khi giảm  do quán tính tốc độ 
sẽ thay đổi chậm hơn so với từ thông  nên E = K.giảm Iư tăng lên
 M = K.Iư tăng lên.
Mặt khác khi  giảm quá nhiều thì Iư tăng quá lớn gây nên sụt áp trong
mạch phần ứng tăng lên  công suất động cơ giảm  tốc độ giảm
Như vậy khi điều chỉnh giảm từ thông  thì:

( K Φ x )2
- Độ cứng đặc tính cơ giảm =

R
- Vì công suất mạch kích từ nhỏ nên việc điều chỉnh là dễ dàng và tổn hao
công suất ít.
- Khả năng tự động hóa cao .

12


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
- Sai lệch tĩnh tăng lên
- Hệ thống có dải điều chỉnh hẹp: D = 3 :1.
- Khi giảm từ thông để tăng tốc độ thì điều kiện chuyển mạch cổ góp xấu
đi vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì phải đồng
thời giảm Iư nên momen cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh.
- Do điện cảm lớn nên hằng số thời gian lớn , thời gian quá độ dài.
- Phương pháp thay đổi từ thông phù hợp với tải
Pc = U.I = const
Mc = var
Tuy nhiên phương pháp này lại có chỉ tiêu kinh tế cao, tổn thất năng lượng nhỏ.
c.Thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng
 Sơ đồ nguyên lý tổng quát:


rb

r

¦


+

u

®

bb®

ck §

eb

e

S¬ ®å thay thÕ
u ®k

h 5

h 4

Hình 7: Mạch thay đổi điện áp phần ứng
Trong đó :
BBĐ : là bộ biến đổi dùng để biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp
một chiều và điều chỉnh sức điện động Eb của nó theo yêu cầu
Rb : là điện trở mạch phần ứng
Rư : là điện trở trong của bộ biến đổi phụ thuộc vào loại thiết bị
Giả thiết :
U = Var

   dm  const
R = const

13


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



 Phương trình đặc tính cơ:

ω





Eb

.M
K Φ dm (K Φ m )2
Với R =Rư+Rb

t n
e b®m
e b1



 Dạng đặc tính cơ :

0

Khi thay đổi điện áp mạch
phần ứng động cơ ta được một họ đặc

e b2
e b3

m

m ®m

h 6

tính cơ song song với nhau như hình vẽ :

Hình 8: Đặc tính cơ khi thay đổi điện
áp phần ứng

 Nhận xét:
Khi thay đổi điện áp mạch phần ứng ta sẽ có các tốc độ không tải lý tưởng

ωox =

Ebx
khác nhau
K Φ ®m

Độ cứng  = const
Mức độ phù hợp tải

P = U.I = var
[Mc] = K  đm.Iđm= Mđm = const

Dải điều chỉnh rộng D = 10:1 :

Phương pháp điều chỉnh điện áp mạch phần ứng là phương pháp triệt để
kể cả khi không tải lý tưởng và điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể
cả khi không lý tưởng , đảm bảo sai số tốc độ nhỏ, khả năng quá tải lớn,dải
điều chỉnh rộng và tổn thất năng lượng ít .phương pháp này có thể điều chỉnh
trơn trong hệ điều chỉnh .phần tử điều khiển nằm ở mạch điều khiển nên độ tinh
điều khiển cao, thao tác nhẹ nhàng và khả năng tự động hóa cao.

14


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
Khi thay đổi U độ cứng đặc tính cơ không thay đổi nên giảm sai lệch tĩnh
– đặc biệt phương pháp này phù hợp với loại tải mang tính chất phản kháng và
băng hằng số (Mc = const ).
 Nhận xét chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ
Qua những phân tích cụ thể 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ trên ta thấy
mỗi phương pháp điều chỉnh đều có những ưu nhược điểm riêng phù hợp với
từng yêu cầu công nghệ .Căn cứ công nghệ của đề tài ta thấy phương pháp thay
đổi tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp mạch phần ứng động cơ có nhiều ưu
điểm như:
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng.
- Điều chỉnh trơn và điều chỉnh vô cấp
- Sai lệch tĩnh nhỏ , =const trong toàn dải điều chỉnh
- Dễ thực hiện tự động hoá
- Mức độ phù hợp tải
Mc = const
Pc = var
Do đó ta chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
mạch phần ứng động cơ.

3.Phân tích chọn các phương án hãm,dừng động cơ.
Hãm là trạng thái động cơ sinh ra mô men quay ngược chiều với tốc độ
quay của rôto .Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ở chế độ
máy phát .Như ở phần trước ta đã chọn cơ một chiều kích từ độc lập đối với
lọai động cơ này có 3 trạng thái hãm là :
- Hãm tái sinh
- Hãm ngược
- Hãm động năng
Sau đây ta lần lượt phân tích từng trạng thái hãm.

15


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
3.1.Hãm tái sinh:
Hãm tái sinh là trạng thái máy phát mà động cơ biến cơ năng đã tích luỹ
được thành điện năng trả về lưới điện .
Hãm tái sinh xẩy ra khi tốc độ của rôto lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng
(>o).Khi hãm tái sinh Eư> Uư động cơ làm việc như một máy phát nối song
song với lưới.So với chế độ động cơ ở chế độ



hãm tái sinh dòng điện và mô men đổi chiều
Ul

được xác định theo biểu thức sau.

Ih
e

U E K Φωo  K Φω
Ih  l 
0
R
R

xl


Ul I ¦
e

Mh=kIh < 0
Phương trình đặc tính cơ ở đoạn hãm tái
sinh là:

0

R
R
ω  ωo 
I h  ωo 
Mh

( kΦ) 2

m

mc
h 19

H
Hình 9. Đặc tính hãm tái sinh
Ở trạng thái hãm tái sinh Ih
chiều và công suất được trả về lưới

là P = (U-E).I ,đây là phương pháp hãm hữu ích về kinh tế vì động cơ sinh ra
điện năng hữu ích
Tuy nhiên hệ thống truyền động van động cơ (T-Đ) chỉ dẫn dòng theo một
chiều nhất định nên khi động cơ sinh ra năng lượng trả về lưới thì các van
không cho phép dẫn ngược .Nên phương pháp hãm này không phù hợp với yêu
cầu công nghệ .

16


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
3.2. Hãm ngược :
Hãm ngược là trạng thái máy phát của




động cơ khi rôto quay ngược chiều với chiều
quay tương ứng của từ trường do điện áp nguồn

a

Ul

TN

Ih

gây ra.

e

Mặt khác phụ tải mang tính chất phản
kháng nên ta chỉ xét trường hợp đảo chiều điện

0

c mc 2
d

áp phần ứng khi động cơ đang quay.

- 

mc 1

0

xl
h 20

Hình 10: Đặc tính hãm ngược
Giả sử động cơ đang làm việc xác lập tại điểm a trên đặc tính tự nhiên với
phụ tải Mc1 .Ta đổi chiều điện áp phần ứng và đưa thêm điện trở phụ Rf vào
mạch phần ứng động cơ sẽ chuyển sang làm việc ở điểm b trên đặc tính biến trở
chiều quay ngược.Tại b do quán tính nên rôto vẫn quay theo chiều cũ còn mô
men đã đổi chiều chống lại chiều quay nên tốc độ giảm nhanh theo đoạn bc .Tại
c tốc độ bằng không nếu cắt phần ứng khỏi lưới động cơ sẽ dừng lại.Còn nếu
vẫn tiếp tục đóng phần ứng vào lưới và nếu tại cmô men của động cơ lớn hơn
mô men cản Mc2 thì động cơ sẽ quay ngược cuối cùng làm việc tại điểm d .Trên
đoạn hãm ngược bc vì điện áp đổi cực tính nên
Ih 

 Ul  E
(U  E)
 l
0
R -  Rf
R -  Rf

dấu ‘ – ‘ biểu thị dòng điện ngược chiều với trạng thái cũ
Mh = k.Ih< 0
Ta thấy hãm ngược thường đưa thêm điện trở phụ R f vào để hạn chế dòng
điện hãm .Do đó trạng thái hãm này thường gây tổn thất lớn làm giảm đáng kể
tuổi thọ động cơ và không khắc phục được sự cố như mất điện .

17

m


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
3.3. Hãm động năng:
Ta xét trường hợp hãm động năng kích từ độc lập
a). Sơ đồ nguyên lý (H.21)



r

e

ck §

r




h

b

a

Rh

fk

+

ul

m (I)

-

M hd (I hd)

h 21

0

Mc

h 22

Hình 11.Đặc tính hãm động năng
b.Nguyên lý làm việc:
Hãm động năng kích từ độc lập xẩy ra khi động cơ đang quay ta cắt phần
ứng động cơ ra khỏi lưới điện một chiều rồi đóng kín qua một điện trở hãm Rh
còn mạch kích từ vẫn giữ nguyên  =const .
Tại thời điểm cắt phần ứng khỏi lưới điện do động năng tích lũy được ở
quá trình làm việc trước đó nên rôto vẫn quay theo chiều cũ với tốc độ ban đầu
Ebđ = k..bđ
Vì phần ứng được khép mạch qua điện trở hãm R h nên sức điện động ban
đầu sinh ra dòng điện hãm ban đầu được xác định .
I hbd  

Ebd
k.Φ.ω bd

0
R-  Rh
R-  Rh

Mhbđ =k..bđ< 0 .Mô men ngược chiều với tốc độ .Mặt khác điện áp lóc
đầu đặt vào phần ứng động cơ lóc hãm bằng không nên ta có phương trình đặc
tính cơ khi hãm là .

R  Rh
R  Rh
ω- .I h  - .M h
2

( kΦ)
18


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
Với Ih ,Mh< 0 .Đây là phương trình đường thẳng đi qua gốc toạ độ dạng của
chúng được biểu diển như trên hình (H.22).
Ta có : β  

( k.Φ)2
R-  Rh

Độ cứng phụ thuộc vào Rh khi Rh càng nhỏ thì đặc tính cơ càng cứng ,mô
men hãm càng lớn hãm càng nhanh.Tuy nhiên phải chọn Rh sao cho
Ihbđ (22.5)Iđm.
Khi hãm động năng kích từ độc lập tiêu thụ ít năng lượng từ lưới .Năng
lượng chủ yếu được tạo ra do động năng của động cơ tích được trong quá trình
làm việc .Trong quá trình hãm động cơ chỉ tiêu thụ công suất kích từ rất nhỏ
Pkt=(15)%Pđm .
 Đánh giá chọn phương pháp hãm dừng động cơ:
Từ những phân tích cụ thể của từng phương pháp hãm ta thấy: Phương
pháp hãm ngược hãm nhanh có hiệu quả tuy nhiên tổn thất năng lượng lớn làm
phát nóng động cơ ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị .Còn phương pháp hãm động
năng có hiệu quả kém hơn phương pháp hãm ngược khi có cùng tốc độ ban đầu
và mô men cản Mc .Tuy nhiên hãm động năng lại ưu việt hơn về mặt năng
lượng tiêu thụ rất ít năng lượng từ lưới và mạch điều khiển cũng đơn giản hơn .
4. Phân tích chọn bộ biến đổi
Cấu trúc phần mạch lực của hệ thống truyền động điều chỉnh động cơ bao
giờ cũng cần có bộ biến đổi, các bộ biến đổi này cấp điện cho mạch phần ứng
hoặc kích từ của động cơ. Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng 4 bộ biến đổi
chính:
- Bộ bỉến đổi máy điện gồm: Động cơ sơ cấp kéo máy phát điện một chiều
hoặc khuếch đại.
- Bộ biến đổi điện từ: Khuếch đại từ
- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉnh lưu Thyristor hoặc Điôt
- Bộ biến đổi chỉnh lưu không điều khiển + xung áp một chiều Tranzitor
hoặc Thysistor

19


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
4.1 Bộ biến đổi máy điện.
Bộ biến đổi này gồm máy phát một chiều
kích từ độc lập phát ra điện áp cung cấp cho
mạch phần ứng động cơ, máy phát này
thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3
pha ĐK kéo quay và tốc độ quat của máy
phát là không đổi.
Bộ biến đổi này có sơ đồ nguyên lý như
hình vẽ.

®k

u kF
u ®k

®

u F=u D

bb®

Hình 12: Bộ biến đổi máy điện
Người ta đã chứng minh được:

Trong đó:

Hệ số cấu trúc máy phát.
C: Hệ số góc của đặc tính từ hoá.
Vậy sức điện động của máy phát tỉ lệ điện áp kích thích bởi hệ số hằng

:
Khi ta thay đổi
lên động cơ.
Nếu đặt

sẽ thay đổi được

tức là thay đổi được điện áp đặt

thì ta có phương trình đặc tính của hệ như sau:

Từ hệ trên ta thấy khi điều chỉnh dòng kích thích tuỳ máy phát thì điều
chỉnh được tốc độ không tải còn độ cứng đặc tính cơ thì không đổi.
 Ưu điểm: Đây là một hệ thống cổ điển nhưng vẫn được sử dụng bởi:
- Đơn giản, dễ điều độ tin cậy cao, ít phụ thuộc vào sự thay đổi của nhiệt độ
môi trường.
- Điện áp ra bằng phẳng gần như không có song hài bậc cao.
- Dải điều chỉnh D = 10/1 : 30/1. Khi sử dụng các biện pháp ổn định tốc độ
dải điều chỉnh D có thể đạt D = 100/1 : 200/1
- Có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp .
- Hệ thống làm việc linh hoạt ở bốn góc phần tư.
- Thực hiện tốt việc đảo chiều và các chế độ hãm.
- Phù hợp với tải Mc = const

20


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

 Nhược điểm:
Công suất lắp đặt của hệ thống lớn gấp 5 lần công suất tải.
Việc gia công nền móng tốn kém.
Bảo quản phức tạp, gây tiếng ốn.
Hiệu suất không cao do sử dụng nhiều máy điện.

4.2. Bộ biến đổi điện từ
 Sơ đồ nguyên lý :

a

b

c

Bằng cách thay đổi giá trị nguồn cấp
cho KĐT ta sẽ thay đổi được giá trị điện áp ra
của bộ biến đổi và thay đổi được tốc độ động
cơ.
 Ưu điểm:

+

Phạm vi điều chỉnh tốc độ tương đối rộng,
dễ chế tạo, bền, giá thành hạ.
-

Hình 13:Bộ biến đôi điện từ
 Nhược điểm:
- Độ linh động điều khiển kém, đảo chiều khó khăn.
- Quán tính của hệ lớn do ảnh hưởng của điện kháng khuếch đại từ.
- Hệ số công suất thấp, khi điều khiển chịu ảnh hưởng phi tuyến của đặc
tính từ hoá mạch từ.
4.3 Bộ biến đổi chỉnh lưu không điều khiển + xung áp một chiều.
u ®k

 Sơ đồ nguyên lý :

- Điện áp đặt lên động cơ có dạng
xung,muốn vậy phải có bộ nguồn một
ud
bb®
chiều, thông thường bộ nguồn này lấy từ
bộ biến đổi chỉnh lưu không điều khiển
(chỉnh lưu điôt).
Hình 14:BBD Chỉnh lưu không điều khiển
- Điện áp trung bình trên tải có dạng:
t

t

1 1
1 2
U .t
Utb 
udt

udt  1  U .


Tck 0
Tck t1
Tck

Bằng cách thay đổi giá trị của
độ này thay đổi theo.

ta sẽ thay đổi được giá trị của

21

và tốc


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
Về lý thuyết có 3 cách thay đổi là:
- Giữ nguyên
và thay đổi
- Giữ nguyên và thay đổi
- Kết hợp cả 2 cách trên: Nhưng phức tạp và ít dung thông thường dùng
cách 1.
 Nhận xét:
Đặc điểm của bộ biến đổi xung áp là: Sử dụng các linh kiện bán
dẫn nên tổn hao ít, không phụ thuộc nhiệt độ môi trường, khả năng tự
động hoá cao, tuy nhiên sơ đồ phức tạp, mạch điều khiển cũng phức tạp.

4.4 Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Dùng thyristor.
- Trong bộ biến đổi van, các van làm nhiệm vụ
biến đổi xoay chiều thành nguồn một chiều cấp cho phần
ứng động cơ và giá trị này có thể thay đổi được bằng
cách thay đổi
- Nguyên lý điều khiển: khi có
thông qua bộ
phát xung (FX) sẽ điều khiển các Thyristor và nhận được
điện áp chỉnh lưu, bằng việc thay đổi
ta sẽ thay đổi
được góc mở của T và thay đổi được giá trị điện áp đầu
ra.

ud

fx
u ®k

Hình 15.BBĐ chỉnh lưu bán dẫn
 Ưu điểm :
- Nổi bật của hệ thống này là tính tác động nhanh của hệ thống gọn nhẹ dễ
tạo ra hệ thống vòng kín, hệ thống nâng cao được độ cứng đặc tính cơ và mở
rộng phạm vi điều chỉnh. Có thể điều chỉnh vô cấp sai lệch tĩnh nhỏ.
- Dễ tự động hoá hệ thống, tác động nhanh, hoạt động tin cậy không gây
ồn, không cần nền móng đặc biệt vào hiệu suất cao.
 Nhược điểm:
- Hệ thống chịu nhiều ảnh hưởng của nhiệt độ khi dòng nhỏ suất hiện vùng
gián đoạn, khả năng linh hoạt khi di chuyển trạng thái không cao, hệ thống
đảo chiều phức tạp, khả năng quá tải của van kém.
- Do các van có tính phi tuyến nên điện áp chỉnh lưu ra có dạng đập mạch
rất cao.

22


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
4.5 Kết luận.
Sau khi đưa ra 4 phương án trên kết hợp với các chỉ tiêu kinh tế kỹ
thuật và khả năng vận hành cùng với điều kiện phát triển của khoa học kỹ
thuật chọn phương án dùng chỉnh lưu không điều khiển +xung áp một
chiều, sử dụng sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha. Vì phương án này có nhiều ưu
điểm phù hợp với yêu cầu công nghệ.
Vì vậy ta chọn hệ thống truyền động như sau:
- Động cơ: Chọn loại động cơ 1 chiều kích từ độc lập.
- Phương pháp điều chỉnh tốc độ: Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng
động cơ.
- Loại Bộ biến đổi : chỉnh lưu cầu 1 pha.

23


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
PHẦN II: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC
Bộ chỉnh lưu là bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều.
Bộ biến đổi này có thể là chỉnh lưu không điều khiển và chỉnh lưu có điều khiển.
Các bộ chỉnh lưu có điều khiển có thể trao đổi năng lượng theo 2 phía: khi năng
lượng truyền từ lưới xoay chiều sang tải bộ nguồn làm việc ở chế độ chỉnh lưu,
khi năng lượng truyền theo chiều ngược lại từ tải một chiều về lưới xoay chiều
thì bộ nguồn làm việc ở chế độ nghịch lưu trả năng lượng về lưới. Với yêu cầu
điều khiển van động cơ một chều khích từ độc lập sử dụng mạch động lực cầu 3
pha . Dưới đây là một số dạng sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha thường gặp:
- Chỉnh lưu điều khiển đối xứng .
- Chỉnh lưu điều khiển không đối xứng.
1.Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng.
a. Sơ đồ động lực.
Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm (Anot hoặc Katot) điều
khiển và một nhóm không điều khiển như mô tả trên hình. Trên hình mô tả giản
đồ nguyên lý tạo điện áp chỉnh lưu (đường cong trên cùng), song điện áp tải Ud
(đường còn nét đậm thứ hai trên hình 16.b), khoảng dẫn các van bán dẫn T1 T2
T3 D1 D2 D3. Các Tiristor được dẫn thông từ thời điểm có xung mở cho đến khi
mở Tiristor của pha kế tiếp. Ví dụ T1 mở thông từ t1 (thời điểm phát xung mở
T1) tới t3 (thời điểm phát xung mở T2).
Trong trường hợp điện áp tải gián đoạn Tiristor được dẫn từ thời điểm có
xung mở lên cho đến khi điện áp dây đổi dâu. Các điôt tự động dẫn thông khi
điện áp đặt lên chóng thuận chiều. Ví dụ D1 phân cực thuận trong khoảng t4:t6
và nó sẽ mở cho dòng điện chạy từ pha B về pha A trong khoảng t4:t5 và từ pha
C về pha A trong khoảng t5:t6.

24


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Hình 16 . Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng
a- Sơ đồ động lực
b- Giản đồ các đường cong.
Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp
tải liên tục khi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn
, khi góc mở tang lên và
thành phần điện cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp sẽ gián đoạn.
Theo dạng song điện áp tải ở trên trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0 khi
góc mở đạt tới
. Người ta có thể coi điện áp trung bình trên tải là kết quả
của tổng 2 điện áp chỉnh lưu tia ba pha.
Việc kích mở các van điều khiển trong chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển
dễ dàng hơn, nhưng các điều hoà bậc cao của tải và của nguồn lớn hơn.
(1-6)

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×