Do an dien tu cong suat spkt dn

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.57 MB, 56 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU DÙNG TCA 785

GVHD: Th.S PHAN THỊ THANH VÂN LHP: 223DADTCS2006

NHÓM: 13

SVTH: NGUYỄN VĂN KHÁNH MSV: 21115055120226 NGUYỄN VĂN LINH MSV: 21115055120232

Đà Nẵng, ngày…..tháng…..năm 2024

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

1 MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU ... 7

LỜI CẢM ƠN ... 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ... 9

1.1. Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập ... 9

1.2. Cấu tạo của động cơ điện một chiều ... 9

1.2.1. Phần tĩnh (Stator) ... 9

1.2.2. Phần quay (rotor) ... 10

1.3. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều ... 11

1.4. Các thông số định mức ... 12

1.5. Phân loại động cơ điện một chiều ... 12

1.6. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập .... 12

1.7. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều ... 15

1.7.1. Điều chỉnh tốc độ độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng ... 16

1.7.2. Điều chỉnh tốc động bằng cách thay đổi điện áp phần ứng ... 18

1.7.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ ... 19

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA ... 23

2.1. Tổng quan về mạch chỉnh lưu cầu ... 23

2.1.1. Khái niệm ... 23

2.1.2. Phân loại ... 23

2.2. Luật dẫn van công suất trong các mạch chỉnh lưu ... 23

2.3. Cấu trúc mạch chỉnh lưu và các thông số cơ bản ... 24

2.4. Các mạch chỉnh lưu cầu một pha ... 25

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

2 2.4.1. Chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển ... 25

2.4.2. Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển hồn tồn ... 26

2.4.3. Mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển ... 27

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC ... 31

3.1. Các thông số u cầu ... 31

3.2. Tính tốn các phần tử mạch động lực ... 31

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TÍNH CHỌN PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .... 34

4.1. Một số phương án lựa chọn mạch điều khiển ... 34

4.2. Giới thiệu về IC TCA 785 ... 35

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH BẢO VỆ VÀ CÁCH LY ... 41

6.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động toàn mạch ... 48

6.3. Sơ đồ thiết kế mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển ... 50

6.4. Thiết kế mạch in ... 51

6.5. Mạch mô phỏng 3D ... 51

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

4 DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Cấu tạo stator máy điện một chiều ... 6

Hình 1.2: Cực từ chính ... 10

Hình 1.3: Cấu tạo rotor máy điện một chiều ... 10

Hình 1.4: Lõi thép phần ứng ... 11

Hình 1.5: Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều ... 11

Hình 1.6: Sơ đồ nối dây động cơ ... 13

Hình 1.6a: Sơ đồ nối dây động cơ kích từ độc lập ... 13

Hình 1.6b: Sơ đồ nối dây động cơ kích từ song song ... 13

Hình 1.7: Đường đặc tính ... 15

Hình 1.7a: Đường đặc tính cơ điện ... 15

Hình 1.7b: Đường đặc tính cơ ... 15

Hình 1.8: Đường đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ thay đổi điện trở phần ứng ... 17

Hình 1.9: Đường đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ độ thay đổi điện áp phần ứng ... 16

Hình 1.10: Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện khi thay đổi từ thơng ... 20

Hình 2.1: Nhóm nối chung Anode ... 23

Hình 2.2: Nhóm nối chung Cathode ... 23

Hình 2.3: Cấu trúc của một mạch chỉnh lưu ... 24

Hình 2.4: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha khơng điều khiển ... 25

Hình 2.5: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển ... 26

Hình 2.6: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển hai SCR mắc K chung ... 27

Hình 2.7: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển mắc đối xứng ... 29

Hình 3.1: Sơ đồ mạch động lực ... 31

Hình 3.2: Sơ đồ mạch động lực sau tính chọn ... 31

Hình 4.1: Các khâu của mạch điều khiển khi dùng IC thuật toán rời rạc ... 34

Hình 4.2: Các khâu khi dùng IC tích hợp TCA785 ... 34

Hình 4.3: Hình ảnh, sơ đồ chân TCA 785 ... 36

Hình 4.4: Dạng tín hiệu của TCA 785 ... 37

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

5 Hình 4.5: Sơ đồ cấu tạo TCA 785 ... 37

Hình 4.6: Khâu tạo xung của TCA 785 ... 39

Hình 5.1: Sơ đồ khối của opto MOC 3023... 41

Hình 5.2: Mạch cách ly sử dụng opto Moc 3023 ... 42

Hình 6.1: Sơ đồ khối tồn mạch ... 44

Hình 6.2: Sơ đồ khối mạch nguồn ... 44

Hình 6.3: Sơ đồ khối mạch điều khiển ... 45

Hình 6.4: Sơ đồ khối các khâu trong mạch điều khiển ... 45

Hình 6.5: Sơ đồ khối mạch cách ly ... 46

Hình 6.6: Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu bán điều khiển và tải ... 47

Hình 6.7: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển ... 48

Hình 6.8: Sơ đồ thiết kế mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển ... 50

Hình 6.9: Thiết kế mạch in ... 51

Hình 6.10: Mạch mơ phỏng 3D ... 51

Hình 6.11: Dạng sóng thu được qua mơ phỏng trên phần mềm protues ... 52

Hình 6.12: Thi cơng hoàn thiện mạch thực tế ... 53

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

6 DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Bảng so sánh các phương pháp điều chỉnh tốc độ ... 22 Bảng 4.1: Bảng chức năng của từng chân linh kiện trong IC TCA 785 ... 36 Bảng 4.2: Một số thông số của TCA 785 ... 39

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

7

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng một vai trị rất quan trọng trong q trình cơng nghiệp hố đất nước. Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hố cho các q trình sản xuất.

Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử cơng suất đem lại hiệu suất cao. Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động cơ ... Và để đáp ứng được nhu cầu ngày càng khắt khe của nền cơng nghiệp thì điện tử công suất luôn phải nghiên cứu, phát triển để ra giải pháp tối ưu nhất. Đặc biệt trong cuộc cách mạng cơng nghiệp 4.0 thì tự động hóa trong cơng nghiệp có vai trị hết sức quan trọng.

Do đó các nhà máy, phân xưởng cần phải có các thiết bị tự động đòi hỏi sự bền bỉ, độ an tồn, chính xác cao. Đó là nhiệm vụ của điện tử công suất cần phải giải quyết. Trong nền công nghiệp hiện đại ngày nay, động cơ điện một chiều vẫn được coi là một loại máy điện rất quan trọng. Mặc dù động cơ điện xoay chiều có tính ưu việt hơn như cấu tạo giản đơn, công suất lớn… Nhưng khơng thể hồn tồn thay thế được động cơ điện một chiều.

Đặc biệt là trong các thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng như máy cán thép, máy công cụ lớn đầu máy điện. Vì vậy việc điều khiển động cơ điện một chiều một cách ổn định, chính xác là một trong những nhiệm vụ của điện tử công suất. Ở đồ án này, em xin trình bày một trong những phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều. Đó là “Thiết kế bơ ̣chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều dùng TCA 785”.

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

8

LỜI CẢM ƠN

Là sinh viên ngành Tự động hóa, việc trang bị cho mình những kiến thức về điện tử công suất là một điều cần thiết. Đồ án môn học điện tử công suất là một phần hữu hiệu để nhóm em bổ sung, mở rộng và tổng kết kiến thức căn bản về điện tử công suất.

Qua đồ án môn học Điện tử công suất với đề tài: "Thiết kế bô ̣chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều dùng TCA 785", đã giúp em hiểu rõ hơn về: động cơ điện một chiều, thyristor, bộ chỉnh lưu cầu một pha, các khâu điều khiển, vi mạch TCA785, mạch bảo vệ,…cũng như cách tính tốn các thơng số của các linh kiện trong mạch.

Với sự hướng dẫn của cô Th.S Phan Thị Thanh Vân, nhóm đã tiến hành nghiên cứu và thiết kế đề tài. Mặc dù vậy, trong quá trình thực hiện đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Nếu có sai sót kính mong thầy cơ và các bạn góp ý để nhóm hồn thiện hơn và có cơ hội bổ sung vào vốn kiến thức của mình.

Em xin chân thành cảm ơn.

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1.1. Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập

 Giới thiệu về động cơ điện một chiều

 Là loại máy điện quay sử dụng điện một chiều.

 Động cơ điện một chiều là thiết bị biến đổi điện năng thành cơ năng.

 Máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ khi E < U, lúc đó dịng điện Iư ngược chiều với E.

 Động cơ một chiều được dùng phổ biến trong công nghiệp, trong ngành giao thông vận tải và những nơi có yêu cầu điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng.

 Trong phân tích các hệ thống truyền động, thường biết trước các đặc tính cơ Mc(ω) của máy sản xuất.

 Đạt được trạng thái làm việc với những thơng số u cầu tốc độ, mơmen, dịng điện động cơ,... cần phải tạo ra những đặc tính cơ nhân tạo của động cơ tương ứng.

 Mỗi động cơ có một đặc tính cơ tự nhiên xác định bởi các số liệu định mức và được sử dụng như loạt số liệu cho trước.

 Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện có thể viết theo dạng thuận M = f(ω) hay dạng ngược ω = f(M).

1.2. Cấu tạo của động cơ điện một chiều 1.2.1. Phần tĩnh (Stator)

Hình 1.1: Cấu tạo stator máy điện một chiều

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

10

Gồm các bộ phận chính sau:

-Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ.

+Lõi sắt cực từ làm bằng thép kĩ thuật điện dày (0,5-1) mm ép lại và tán chặt.

+Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện. Trong các máy công suất nhỏ, cực từ chính là một nam châm vĩnh cửu.

+Trong các máy cơng suất trung bình và lớn, cực từ chính là nam châm điện.

-Cực từ phụ: đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện điều kiện làm việc của máy điện và đổi chiều.

+Lõi thép cực từ phụ có thể là một khối hoặc có thể được ghép bởi các lá thép tùy theo chế độ làm việc.

+Gông từ (vỏ máy): dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy. 1.2.2. Phần quay (rotor)

Hình 1.2: Cực từ chính

Hình 1.3: Cấu tạo rotor máy điện một chiều

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

11

Gồm các bộ phận chính sau:

-Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kĩ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dịng điện xốy gây lên. Rãnh để đặt dây quấn.

+Trong máy điện nhỏ, lõi thép phần ứng được ép trực tiếp vào trục. Trong máy điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá roto.

-Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra sức điện động và có dịng điện chạy qua. Thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.

-Cổ góp: dùng để đổi chiều dịng điện xoay chiều thành một chiều. Thường được làm bởi nhiều phiến đồng mỏng được cách điện với nhau bằng những tấm mica dày 0,4mm đến 1,2 mm.

+) Các bộ phận khác:

-Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy.

-Trục máy: Trên đó đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy thường được làm bằng thép cacbon tốt.

1.3. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều Hình 1.4: Lõi thép phần ứng

Hình 1.5: Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

12

Nếu ta cho dòng điện một chiều đi vào chổi than thì do dịng điện chỉ đi vào thanh dẫn dưới cực N và đi ra ở các thanh dẫn nằm dưới cực S nên dưới tác dụng của từ trường sẽ sinh ra momen có chiều khơng đổi làm cho quay máy. Chiều của lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái.

1.4. Các thông 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 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) Điện áp định mức: Uđm (V) Dòng điện định mức: Iđm (A) Tốc độ định mức: nđm (vòng/phút) Hiệu suất định mức: 𝜂đm

1.5. Phân loại động cơ điện một chiều

Có thể phân loại động cơ điện một chiều thành các loại sau:

+Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: có cuộn kích từ được cấp điện từ một nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng.

+Động cơ điện một chiều kích từ song song: có cuộn kích từ mắc nối song song với cuộn dây phần ứng.

+Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng.

+Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: gồm 2 dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp trong đó dây quấn kích từ song song là chủ yếu. 1.6. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

- Nguồn cấp cho phần ứng và kích từ độc lập nhau.

- Khi nguồn có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì có thể mắc kích từ song song với phần ứng, lúc đó động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích từ song song. Ở đây động cơ kích từ song song được coi như kích từ độc lập nên ta coi hai động cơ này như nhau.

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

13

- Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ khởi động từ được cấp điện từ một nguồn điện tách biệt với nguồn điện cấp cho cuộn ứng. Ở động cơ điện một chiều kích từ song song thì cuộn kích từ và cuộn ứng được cấp điện bởi cùng một nguồn. Trường hợp này mà nguồn điện có công suất lớn hơn nhiều so với công suất động cơ thì tính chất động cơ sẽ tương tự động cơ kích từ độc lập.

Hình 1.6a: Sơ đồ nối dây động cơ kích từ độc lập Hình 1.6b: Sơ đồ nối dây động cơ kích từ song song - Phương trình cân bằng điện áp:

Uư = Eư + (Rư + Rf). Iư (V) (TLTK [1] (ct1-1, tr.22)) Trong đó: Uư: Điện áp phần ứng

N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a: Số mạch nhánh đấu song song của cuộn dây phần ứng : Từ thơng kích từ dưới một cực từ (Wb)

: Tốc độ góc (rad/s)

Hình 1.6: Sơ đồ nối dây động cơ

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

14

Rư= rư + rcf + rcb + rct: Điện trở phần ứng động cơ (Ω) Trong đó:

rư: Điện trở cuộn dây phần ứng rcf: Điện trở cực từ phụ

rcb: Điện trở cuộn bù (nếu có)

rct: Điện trở tiếp xúc của chổi than trên cổ góp rcfRf: Điện trở phụ trong mạch phần ứng

Iư: Dòng điện mạch phần ứng - Phương trình đặc tính cơ:

ω = đư − ư

(đ ) ⋅ M (rad/s) (TLTK [1] (ct2-7, tr.23)) Momen điện từ của động cơ tỷ lệ với từ thơng  và dịng điện phần ứng Iư:

Mđt = KIư (N.m) - Phương trình đặc tính cơ điện:

Từ phương trình chính, cơng thức tính sức điện động, cơng thức thể hiện mối quan hệ giữa momen điện từ và dòng điện phần ứng Iư. Ta được phương trình đặc tính cơ điện:

đ − ư

đ ⋅ Iư (rad/s) (TLTK [1] (ct2-4, tr.23)) Phương trình biểu thị quan hệ tốc độ ω là một hàm của momen M được gọi là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Nếu dùng đơn vị tốc độ là vịng/phút thì phương trình đặc tính cơ sẽ trở thành: n = .9,55

n = 9,55. ư − ư

( ) . M - Tốc độ góc định mức:

đm = 2π.nđm (rad/s) Kđm = đđ⋅ ư

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

15

- Tốc độ không tải lý tưởng (M=Iư =0): ω = ư (rad/s) - Dòng điện ngắn mạch (ω = 0) :

( ư ) (A) - Momen ngắn mạch:

M = KϕIư (N.m) - Đường đặc tính cơ và đặc tính cơ điện:

Từ các phương trình đặc tính cơ và phương trình đặc tính cơ điện, với giả thiết phần ứng được bù đủ và f = const có thể vẽ được các đặc tính cơ và đặc tính cơ điện là đường thẳng.

Hình 1.7a: Đường đặc tính cơ điện Hình 1.7b: Đường đặc tính cơ

1.7. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ta thấy việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có thể thực hiện bằng cách thay đổi các đại lượng Rư ,Uư, .

Điều khiển tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động điện tự động nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất. Để đánh giá chất lượng của một hệ thống truyền động điện thường căn cứ vào một số chỉ tiêu sau:

Sai số tốc độ: Sai số tĩnh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đặt và được đánh giá thơng qua:

Hình 1.7: Đường đặc tính

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

16

S% = × 100 (TLTK [1] (ct3-1, tr.89)) Trong đó:

ω là giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp độ i

ω là giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp kế tiếp (i+1) Hệ thống điều khiển liên tục: ω ≈ ω

Hệ thống điều khiển nhảy cấp: ω ≠ ω

- Mong muốn γ → 1: hệ truyền động có thể làm việc ổn định ở mọi giá trong suốt dải điều chỉnh.

- Dải điều khiển tốc độ (D) là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với mômen tải đã cho:

D = (TLTK [1] (ct3-3, tr.90)) Mong muốn D càng lớn càng tốt

Ngồi ra cịn các chỉ tiêu khác như: chỉ tiêu kinh tế, kích thước.

1.7.1. Điều chỉnh tốc độ độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng

- Nguyên lý điều khiển: Trong phương pháp này người ta giữ Uư = Uđm;  = đm và nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng.

-Tốc độ động cơ

 = 0 -  = đ

 đ − ư ư

(  đ ) . Iư = đđ − đư . Iư

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

17

+Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:

đ = const (rad/s) +Độ cứng đặc tính cơ:

-Đặc điểm của phương pháp:

+Điện trở mạch phần ứng càng tăng thì độ dốc đặc tính càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn.

+Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ định mức (chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm).

+Chỉ áp dụng cho động cơ điện có cơng suất nhỏ, vì tổn hao năng lượng trên điện trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở động cơ điện trong cần trục.

-Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển:

+Tính liên tục: phương pháp này không thể điều khiển liên tục được mà phải điều khiển nhảy cấp.

Hình 1.8: Đường đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi điện trở phần ứng

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

1.7.2. Điều chỉnh tốc động bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

-Nguyên lý điều khiển: Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn (máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển). Ta có: Rf = 0; RưΣ = Rư =const ; Φ=Φđm = const

+Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng thì: K = ưđư

đ +Khi thay đổi phần ứng (thay đổi theo chiều giảm điện áp), vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng khơng đổi, cịn tốc độ khơng tải lí tưởng 0 = ư thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng.

+c = Ư

⋅ I = ư

() ⋅ M = C.TN (rad/s) + = ư

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

-Đặc điểm của phương pháp:

+Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng thấp. + Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.

+ Độ cứng đặc tính cơ cao và được giữ khơng đổi trong tồn dải điều chỉnh. + Chỉ thay đổi tốc độ về phía giảm

+ Rất dễ tự động hóa khi dùng chỉnh lưu có điều khiển.

+ Phương pháp này điều khiển với mơmen khơng đổi vì  và Iư đều khơng đổi. -Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển:

+ Sai số tốc độ lớn ( sai số tốc độ bằng sai số tốc độ của đặc tính cơ tự nhiên)

+ Tính liên tục: điện áp của động cơ được điều khiển bằng bộ biến đổi. Các bộ biến đổi hiện nay đều có cơng suất bé nên có thể điều chỉnh liên tục.

+ Dải điều chỉnh có thể đạt được D = 10:1

→ Đây là phương pháp duy nhất có thể điều chỉnh liên tục tốc độ động cơ trong vùng tốc độ thấp hơn tốc độ định mức đối với động cơ một chiều.

1.7.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thơng kích từ - Ngun lý điều khiển:

Ta có: Rf = 0; Rư = Rư = const; Uư = Uđm = const + Ta thay đổi dòng kích từ Ikt để thay đổi từ thơng

+ Bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa ( = max) mà phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nên chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông  tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức.

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Khi ta giảm từ thơng thì tốc độ động cơ tăng lên và độ cứng của đặc tính cơ giảm. Nhưng nếu cứ tiếp tục giảm dịng kích từ thì tới một lúc nào đó tốc độ khơng tăng được nữa vì do mơmen điện từ của động cơ giảm. Phương pháp thay đổi từ thông để điều chỉnh theo chiều tăng (từ tốc độ định mức), phạm vi điều chỉnh rộng, tổn hao điều chỉnh nhỏ (ưu điểm) nhưng không điều chỉnh ở dưới tốc độ định mức (nhược điểm). Do vậy thông thường được áp dụng hợp với phương pháp khác nhằm tăng phạm vi điều chỉnh. - Đặc điểm của phương pháp:

+ Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng.

+ Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định mức. + Việc thay đổi từ thơng khơng làm thay đổi dịng điện ngắn mạch.

+ Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điều khiển với cơng suất khơng đổi.

Hình 1.10: Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi thay đổi từ thông

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

21

- Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển :

+Sai số tốc độ lớn: đặc tính điều khiển nằm trên và dốc hơn đặc tính tự nhiên. +Dải điều khiển phụ thuộc vào phần cơ của máy. Có thể điều khiển trơn trong dải điều chỉnh D = 3 :1

+ Tính liên tục: vì cơng suất của cuộn dây kích từ bé, dịng điện kích từ nhỏ nên ta có thể điều khiển liên tục với ≈1

+ Phương pháp này được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi liên tục và kinh tế. (Vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dịng kích từ = (1–10)%Iđm của phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp).

- Qua việc xét ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ta thấy phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng là triệt để và có nhiều ưu điểm hơn cả nên ta chọn phương pháp này để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều.

 Bảng so sánh các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Điều chỉnh R phần ứng bằng

cách mắc điện trở phụ Rf

Thay đổi điện áp phần ứng

Thay đổi từ thông

Nhận xét

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng chỉ cho những tốc độ nhảy cấp và nhỏ hơn ncb

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 tốc độ cơ bản ncb

Có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn

Phương pháp này được dùng để điều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn năng

Ưu điểm Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho

Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vơ cấp có

Do quá trình điều khiển tốc độ được thực hiện trên

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

22

cần trục, thang máy, máy nâng, máy xúc

điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi không tải lý tưởng

tổn thất năng lượng ít , mang tính kinh tế

Nhược điểm Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ đóng vào càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi càng kém

Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng tăng

Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư cơ bản và chi phí vận hành cao

Phương pháp này chịu ảnh hưởng của hiện tượng từ dư và các nhiễu, làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng của các hệ truyền động

Bảng 1.1: Bảng so sánh các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập

 Kết luận:Từ việc phân tích các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập, ta thấy phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng có rất nhiều ưu điểm (nổi bật nhất là độ cứng đặc tính cơ khơng thay đổi), phù hợp với động cơ công suất nhỏ, điều chỉnh tốc độ ở vùng dưới tốc độ định mức, mơmen tải khơng đổi trong tồn dải điều chỉnh.

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

2.2. Luật dẫn van công suất trong các mạch chỉnh lưu - Nhóm nối chung Anode:

Điện áp cathode van nào âm hơn hơn thì diode ấy dẫn. Khi đó điện thế điểm K bằng điện thế cathode âm nhất.

- Nhóm nối chung Cathode:

Hình 2.1: Nhóm nối chung Anode

Hình 2.2: Nhóm nối chung Cathode

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

24

Điện áp anode của diode nào dương hơn thì diode ấy dẫn. Khi đó điện thế điểm A bằng điện thế anode dương nhất.

2.3. Cấu trúc mạch chỉnh lưu và các thông số cơ bản

Trong thực tế các mạch chỉnh lưu có nhiều loại và khá đa dạng về hình dáng cũng như chức năng. Tuy nhiên về cơ bản cấu trúc trong bộ biến đổi thường có các bộ phận sau:

- Biến áp nguồn nhằm biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại.

- Van công suất chỉnh lưu, các van này có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn một chiều.

- Mạch lọc nhằm lọc và san phẳng dòng điện hay điện áp nguồn để mạch chỉnh lưu có chất lượng tốt hơn.

- Mạch đo lường trong bộ chỉnh lưu thường dùng để đo dòng điện, điện áp.

- Mạch điều khiển là bộ phận rất quan trọng trong các bộ chỉnh lưu có điều khiển, nó quyết định độ chính xác, ổn định và chất lượng bộ chỉnh lưu.

- Phụ tải của mạch chỉnh lưu thường là phần ứng động cơ điện một chiều, kích từ máy điện một chiều, cuộn hút nam châm điện, các tải có sức điện động E, đôi khi tải là các đèn chiếu sáng hay các điện trở tạo nhiệt...vv.

Hình 2.3: Cấu trúc của một mạch chỉnh lưu

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

25

2.4. Các mạch chỉnh lưu cầu một pha

2.4.1. Chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển  Sơ đồ và dạng sóng

- Trong nửa chu kỳ sau t = π đến 2π, điện áp -u2 dương, khi đó cặp van D1 và D2 bị phân cực ngược, nên khơng dẫn điện. Cịn cặp van D4 và D3 phân cực thuận nên dẫn điện cho dịng điện qua tải. Khi đó ta có:

uD4 = uD3 = 0; uD1= uD2 = u2 ≤ 0; ud = - u2 ≥ 0; iD4 = iD3 = id ; iD1 = iD2 = 0.  Thông số của sơ đồ

+Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:

U = ⋅ √2U sin ωt ⋅ dω t = √ U = 0,9U (V) (TLTK[2] (ct2.9,tr.77)) Hình 2.4: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha không điều khiển và

dạng điện áp, dòng điện ra trên tải

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

I2 = √ dω t = 1,1.Id (A) +Dòng hiệu dụng qua mỗi van diode:

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Utngmax = √2U (V)

2.4.3. Mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển

 Mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển hai SCR mắc K chung  Sơ đồ và dạng sóng

Hình 2.6: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển hai SCR mắc K chung và dạng điện áp, dòng điện ra trên tải

</div>