ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2 MB, 77 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ĐỜ ÁN ĐIỆN
TỬ CƠNG
ŚT
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA
ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
GVHD
: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
SVTH
: Hà Tiến Đạt
LHP
: 221DADTCS2002
MSV
: 1911505510210
Đà Nẵng, tháng 06 năm 2022
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật
Khoa Điện – Điện tử
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
---o0o---
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Họ và tên sinh viên: Hà Tiến Đạt
Lớp: 19TDH2
GVHD: Võ Khánh Thoại
1.Tên đề tài:
Thiết kế bộ chỉnh lưu tia ba pha để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ
độc lập.
2. Các số liệu ban đầu:
1. Nguồn điện lưới xoay chiều 3 pha 220/380V
2. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Pđm= ......13..... KW; Uđm=220 V; nđm= ....1400... vg/ph; ηđm= ...0,84...; J=…
0,54… kgm2
3. Hệ số dự trữ điện áp:
Ku= 1,5 ÷ 1,8
Hệ số dự trữ dịng điện:
Ki= 1,1 ÷ 1,4
3. Nội dung
Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập và các phương
pháp điều chỉnh tốc độ động cơ; phương pháp điều chỉnh tôc độ động cơ bằng cách thay
đổi điện áp phần ứng
Chương 2: Lý thuyết về chỉnh lưu tia ba pha
Chương 3: Thiết kế và tính chọn các phần tử mạch động lực
Chương 4: Thiết kế và tính chọn các phần tử mạch điều khiển
Chương 5: Mạch bảo vệ và kết luận
Chương 6: Mô phỏng mạch trên Matlab/Simulink
4. Bản vẽ: (A1) Bản vẽ tổng thể gồm sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều
khiển và bảo vệ
5. Tài liệu tham khảo:
Các tài liệu môn học
Kiểm tra tiến độ đồ án
(Giáo viên HD ký mỗi lần SV đến
gặp thông qua đồ án)
Đà Nẵng, ngày 26 tháng 02 năm 2022
Giảng viên hướng dẫn
Võ Khánh Thoại
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng một vai trị rất quan trọng trong q
trình cơng nghiệp hoá đất nước. Sử dụng 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 hoá cho các quá 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 khắc
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 nghệ 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 địi hỏi sự bền
bỉ, độ an tồn, chính xác cao. Đó là nhiệm vụ của điện tử cơng 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, cơng suất lớn… Nhưng khơng thể hồn toàn 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 cơng 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 bợ chỉnh lưu tia ba pha để điều khiển tốc độ
động cơ điện một chiều kích từ độc lập”
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
1
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
LỜI CẢM ƠN
Là sinh viên ngành Tự động hóa, việc trang bị cho mình những kiến thức về điện
tử cơng suất là một điều cần thiết. Đồ án môn học điện tử công suất là một công cụ
hữu hiệu để em bổ sung, mở rộng và tổng kết kiến thức căn bản về điện công suất.
Qua đồ án môn học Điện tử công suất với đề tài: "Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba
pha điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập", đã giúp em hiểu rõ hơn về:
động cơ điện một chiều, Thyristor, bộ chỉnh lưu hình tia ba pha, các khâu điều khiển,
vi mạch TCA780, mạch bảo vệ,…cũng như cách tính tốn các thơng số của các linh
kiện trong mạch.
Với sự hướng dẫn của thầy: ThS.Võ Khánh Thoại em đã tiến hành nghiên cứu
và thiết kế đề tài. Mặc dù vậy, trong quá trình thực hiện đờ án chắc chắn khơng tránh
khỏi những thiếu sót. Nếu có sai sót kính mong thầy và các bạn góp ý để em hồn
thiện hơn và có cơ hội bổ sung vào vốn kiến thức của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!!!
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
2
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do sinh viên tự thực hiện dựa vào việc tham khảo một số tài
liệu và khơng sao chép tài liệu hay cơng trình đã có trước đó. Nếu có bất kỳ sự
lận nào tơi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình.
Sinh viên thực hiện
Hà Tiến Đạt
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
3
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................ 2
LỜI CAM ĐOAN..........................................................................................................3
MỤC LỤC..................................................................................................................... 4
DANH MỤC HÌNH ẢNH...........................................................................................10
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC
LẬP - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TÔC ĐỘ ĐỘNG CƠ - PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN
ỨNG............................................................................................................................ 12
1.1. Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập...................................................
1.2. Cấu tạo và hoạt động của máy điện một chiều...............................................................
1.3. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ.................................................................
1.3.1. Điều chỉnh R phần ứng bằng cách mắc điện trở phụ Rf..............................................
1.3.2. Thay đổi điện áp phần ứng.........................................................................................
1.3.3. Thay đổi từ thông.......................................................................................................
1.4. Điều chỉnh tốc độ dộng cơ bằng thay đổi điện áp phần ứng..........................................
CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT VỀ CHỈNH LƯU TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT
CHIỀU......................................................................................................................... 25
2.1. Tổng quan về chỉnh lưu tia ba pha.................................................................................
2.2. Chỉnh lưu khơng điều khiển...........................................................................................
2.2.1. Sơ đồ và dạng sóng.....................................................................................................
2.2.2. Ngun lý hoạt động...................................................................................................
2.2.3. Thông số.....................................................................................................................
2.3. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển................................................................................
2.3.1. Sơ đồ và dạng sóng.....................................................................................................
2.3.2. Hoạt động của sơ đồ khi tải thuần trở.........................................................................
2.3.3. Thông số.....................................................................................................................
2.4. Hoạt động của tải điện cảm............................................................................................
2.4.1. Giới thiệu....................................................................................................................
2.4.2. Thông số.....................................................................................................................
2.5. Chỉnh lưu có điều khiển khi có diode xả năng lượng.....................................................
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
4
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC...31
3.1. Sơ đồ mạch động lực.....................................................................................................
3.2. Nguyên lý hoạt đợng......................................................................................................
3.3. Tính chọn thyristor........................................................................................................
3.4. Tính tốn máy biến áp chỉnh lưu...................................................................................
3.4.1. Tính cơng suất biểu kiến của máy biến áp..................................................................
3.4.2. Điện áp pha sơ cấp của máy biến áp...........................................................................
3.4.3. Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp.........................................................................
3.4.4. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp của máy biến áp.............................................................
3.4.5. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp của máy biến áp.............................................................
3.5. Tính sơ bộ mạch từ........................................................................................................
3.5.1. Tiết diện sơ bộ trụ.......................................................................................................
3.5.2. Đường kính trụ...........................................................................................................
3.5.3. Chọn loại thép.............................................................................................................
3.5.4. Chọn tỷ số...................................................................................................................
3.6. Tính tốn dây quấn........................................................................................................
3.6.1. Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp...................................................................
3.6.2. Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp.................................................................
3.6.3. Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp........................................................
3.6.4. Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp.........................................................................
3.6.5. Tính lại mật độ dịng điện trong cuộn sơ cấp..............................................................
3.6.6. Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp.......................................................................
3.6.7. Tính lại mật độ dịng điện trong cuộn sơ cấp..............................................................
3.7. Kết cấu dây dẫn sơ cấp..................................................................................................
3.7.1. Tính sơ bộ số vịng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp................................................
3.7.2. Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp...............................................................................
3.7.3. Chọn số lớp.................................................................................................................
3.7.4. Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp..............................................................................
3.7.5. Chọn ống cuốn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày.........................................
3.7.6. Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp......................................................................
3.7.7. Đường kính trong của ống cách điện..........................................................................
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
5
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
3.7.8. Đường kính trong của cuộn dây sơ cấp.......................................................................
3.7.9. Chọn bề dày giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp...............................................................
3.7.10. Bề dày cuộn sơ cấp...................................................................................................
3.7.11. Đường kính ngồi của cuộn sơ cấp...........................................................................
3.7.12. Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp...................................................................
3.7.13. Chiều dài dây quấn sơ cấp........................................................................................
3.7.14. Chọn bề dày cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp..........................................................
3.8. Kết cấu dây dẫn thứ cấp.................................................................................................
3.8.1. Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp............................................................................
3.8.2. Tính sơ bộ số vịng dây trên một lớp của cuộn thứ cấp...............................................
3.8.3. Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn thứ cấp..............................................................................
3.8.4. Chọn số lớp dây quấn thứ cấp.....................................................................................
3.8.5. Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp............................................................................
3.8.6. Đường kính trong của cuộn dây thứ cấp chọn a12 = 1,0 (cm)......................................
3.8.7. Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp.............................................
3.8.8. Bề dày cuộn thứ cấp n12 = 6 (lớp)..............................................................................
3.8.9. Đường kính ngồi của cuộn dây thứ cấp.....................................................................
3.8.10. Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp..................................................................
3.8.11. Chiều dài dây quấn thứ cấp.......................................................................................
3.8.12. Đường kính trung bình các cuộn dây........................................................................
3.8.13. Chọn khoảng cách giữa hai cuộn thứ cấp.................................................................
3.9. Tính kích thước mạch từ................................................................................................
3.9.1. Với đường kính trụ d = 9 cm, ta có số bậc là 5 trong nửa tiết diện trụ........................
3.9.2. Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ.............................................................................
3.9.3. Tiết diện hiệu quả của trụ...........................................................................................
3.9.4. Tổng chiều dày các bậc thang của trụ.........................................................................
3.9.5. Số lá thép dùng trong các bậc.....................................................................................
3.9.6. Tiết diện hiệu quả của gông (khq = 0,95).....................................................................
3.9.7. Số lá thép dùng trong một gông..................................................................................
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
6
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
3.9.8. Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ......................................................................
3.9.9. Mật độ tự cảm trong gơng...........................................................................................
3.9.10. Chiều rộng cửa sổ.....................................................................................................
3.9.11. Tính khoảng cách giữa 2 tâm trục.............................................................................
3.9.12. Chiều rộng mạch từ..................................................................................................
3.9.13. Chiều cao của mạch từ..............................................................................................
3.10. Tính khối lượng sắt và đồng........................................................................................
3.10.1. Thể tích của trụ.........................................................................................................
3.10.2. Thể tích của gơng.....................................................................................................
3.10.3. Khối lượng của trụ....................................................................................................
3.10.4. Khối lượng của gông................................................................................................
3.10.5. Khối lượng của sắt....................................................................................................
3.10.6. Thể tích đồng............................................................................................................
3.10.7. Khối lượng của đồng................................................................................................
3.11. Tính các thông số máy biến áp....................................................................................
3.11.1. Điện trở cuộn sơ cấp của máy biến áp ở 75ºC..........................................................
3.11.2. Điện trở cuộn thứ cấp của máy biến áp ở 75ºC.........................................................
3.11.3. Điện trở của máy biến áp qui đổi về thứ cấp.............................................................
3.11.4. Sụt áp trên điện trở máy biến áp...............................................................................
3.11.5. Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp.............................................................
3.11.6. Điện cảm máy biến áp qui đổi về thứ cấp.................................................................
3.11.7. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp..........................................................................
3.11.8. Sụt áp trên máy biến áp............................................................................................
3.11.9. Điện áp trê động cơ khi có góc mở αmin = 10ºC......................................................
3.11.10. Tổng trở ngắn mạch quy qui đổi về thứ cấp............................................................
3.11.11. Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp...................................................................
3.11.12. Tổn hao có tải có kể đến 15% tổn hao phụ.............................................................
3.11.13. Điện áp ngắn mạch tác dụng...................................................................................
3.11.14. Điện áp ngắn mạch phản kháng..............................................................................
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
7
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
3.11.15. Điện áp ngắn mạch phần trăm................................................................................
3.11.16. Dòng điện ngắn mạch xác lập.................................................................................
3.11.17. Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại....................................................................
3.11.18. Kiểm tra máy biến áp thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên
của dòng điện chuyển mạch..................................................................................................
3.11.19. Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu.....................................................................................
3.12. Thiết kế cuộn kháng lọc...............................................................................................
3.12.1. Xác định góc mở cực tiểu và cực đại........................................................................
3.12.2. Xác định các thành phần sóng hài.............................................................................
3.12.3. Xác định điện cảm cuộn kháng lọc...........................................................................
3.12.4. Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc...............................................................................
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 49
4.1. Xác định yêu cầu cơ bản................................................................................................
4.1.1. Nguyên tắc điều khiển................................................................................................
4.1.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcos....................................................................
4.2. Lựa chọn và thiết kế mạch điều khiển...........................................................................
4.2.1. Vi mạch TCA 780.......................................................................................................
4.2.2. Khâu khuếch đại xung................................................................................................
4.3. Phân tích hoạt động của mạch điều khiển......................................................................
4.4. Tính chọn các thơng số của các phần tử mạch điều khiển.............................................
4.4.1. Tính chọn các phần tử trong khâu khuếch đại xung....................................................
4.4.2. Chọn các phần tử bên ngồi TCA 780........................................................................
4.4.3. Tính tốn máy biến áp đồng pha.................................................................................
4.4.4. Tính chọn biến áp xung..............................................................................................
4.4.5. Sơ đồ cả hệ thống hoàn chỉnh.....................................................................................
CHƯƠNG 5. MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN........................................................64
5.1. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực.................................................................
5.1.1. Giới thiệu....................................................................................................................
5.1.2. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn...................................................................
5.1.3. Bảo vệ quá dòng điện cho van....................................................................................
5.1.4. Bảo vệ quá điện áp cho van........................................................................................
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
8
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
5.1. Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ...................................................................
5.2. Kết luận.........................................................................................................................
CHƯƠNG 6. MƠ PHỎNG MẠCH TRÊN MATLAB/SIMULINK............................69
6.1. Mơ phỏng bộ chỉnh lưu 3 pha tia dùng THYRISTOR...................................................
6.2. Mô phỏng động cơ DC..................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................74
DANH MỤC HÌNH ẢNH
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
9
ĐỜ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG ŚT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
Hình 1.1. Cấu tạo của động cơ điện một chiều............................................................14
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Động cơ điện một chiều.............................15
Hình 1.3. Sơ đờ nới dây của đợng cơ kích từ đợc lập...................................................16
Hình 1.4. Sơ đờ nới dây đợng cơ kích từ song song.....................................................16
Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý...........................................................................................17
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lí nối dây động cơ điện mợt chiều kích từ đợc lập..................18
Hình 1.7. Đường đặc tính.............................................................................................19
Hình 1.8. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch phần ứng............................19
Hình 1.9. Đường đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
bằng thay đổi điện áp mạch phần ứng..........................................................................20
Hình 1.10. Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập khi giảm
từ thơng........................................................................................................................ 21
Hình 1.11. Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập dùng bộ biến đổi điều khiển
điện áp phần ứng..........................................................................................................22
Hình 1.12. Quá trình thay đổi tốc độ khi điều chỉnh điện áp........................................22
Hình 1.13. Đặc tính cơ q trình thay đổi điện áp........................................................23
Hình 2.1. Dạng sóng ngõ ra 25
Hình 2.2. Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha.............................................................................26
Hình 2.3. Dạng sóng....................................................................................................27
Hình 2.4. Sơ dồ chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển.....................................................27
Hình 2.5. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển tải thuần trở...........................................28
Hình 2.6. Sơ đồ động lực chỉnh lưu tia ba pha điều khiển...........................................29
Hình 2.7. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển tải điện cảm...........................................29
Hình 2.8. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển khi có diode xả năng lượng...................30
Hình 3.1. Mạch động lực có các thiết bị bảo vệ 31
Hình 3.2. Bố trí cuộn dây biến áp................................................................................38
Hình 3.3. Sơ đồ chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ.......................................................................38
Hình 3.4. Kết cấu cuộn từ mạch kháng........................................................................39
Hình 3.5. Sơ đồ kết cấu máy biến áp...........................................................................40
Hình 3.6. Kết cấu mạch từ cuộn kháng........................................................................46
Hình 4.1. Xác định góc thơng tự nhiên và khoảng dẫn của Thyristor trong chỉnh
lưu ba pha 49
Hình 4.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính..............................................50
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
10
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
Hình 4.3. Sơ đồ khối điều khiển thyristor....................................................................51
Hình 4.4. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss....................................................51
Hình 4.5. Sơ đồ nguyên lý TCA780.............................................................................52
Hình 4.6. Sơ đồ vi mạch TCA 780...............................................................................53
Hình 4.7. Ký hiệu chân TCA780.................................................................................53
Hình 4.8. Vi mạch TCA780.........................................................................................54
Hình 4.9. Sơ đồ 1 pha của khâu khuếch đại xung........................................................55
Hình 4.10. Sơ đồ 1 pha điều khiển Thyristor...............................................................56
Hình 4.11. Giản đồ đường cong mạch điều khiển........................................................56
Hình 4.12. Đặc tính điều chỉnh Ud = f ( )...................................................................63
Hình 5.1. Hình dáng và kích thước giới hạn cánh tỏa nhiệt một van bán dẫn 65
Hình 5.2. Mạch R-C bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch...........................................66
Hình 5.3. Mạch R-C bảo vệ điện áp từ lưới.................................................................67
Hình 5.4. Sơ đồ nguyên lý mạch động lực...................................................................67
Hình 6.1. Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu tia 3 pha Thyristor trên Simulink 69
Hình 6.2. Dạng sóng chỉnh lưu tia 3 pha Thyristor trên Simulink................................70
Hình 6.3. Mơ hình động của động cơ một chiều kích từ độc lập với từ thơng kích từ
khơng đởi..................................................................................................................... 71
Hình 6.4. Chương trình mfile trên Matlab...................................................................71
Hình 6.5. Chạy chương trình ta được kết quả của mfile...............................................72
Hình 6.6. Mơ hình động cơ DC trên Simulink.............................................................72
Hình 6.7. Mơ hình của động cơ một chiều kích từ độc lập trên Simulink....................73
Hình 6.8. Kết quả dạng sóng........................................................................................73
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
11
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ
ĐỘC LẬP - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TÔC ĐỘ ĐỘNG CƠ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH
THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG
1.1. Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Giới thiệu động cơ điện 1 chiều
- Khái niệm
+ 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 1 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 đặc tính cơ Mc(ω)
của máy sản xuất. Đạt được trạng thái làm việc với những thông số yêu cầu tốc độ, mô
men, 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).
+ Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, giao thơng
vận tải và nói chung trong các thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một
phạm vi rộng. Máy điện một chiều có thể làm việc cả hai chế độ máy phát và động cơ.
Khi máy làm việc ở chế độ máy phát công suất đầu vào là cơng suất cơ cịn cơng suất
đầu ra là công suất điện. Động cơ quay roto máy phát điện một chiều có thể là turbine
gas, động cơ điesel hoặc là động cơ điện. Khi máy điện một chiều làm việc ở chế độ
động cơ, công suất đầu vào là cơng suất điện cịn cơng suất đầu ra là cơng suất cơ. Cả
hai chế độ làm việc, dây quấn đông cơ điện một chiều đều quay trong từ trường và có
dịng điện chạy qua.
- Mơmen điện từ tính theo cơng thức:
M = kMΦIư
- Phương trình cân bằng điện áp của động cơ:
U = Eư + R ư * I ư
- SĐĐ phần ứng động cơ điện một chiều tính theo công thức:
Eư = kEΦn = kMΦω
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
12
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
1.2. Cấu tạo và hoạt động của máy điện một chiều
Cấu tạo
- Phần tĩnh Stato là một phần đứng yên của máy.
Phần tĩnh gồm các bộ phận tĩnh 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 ngồi lõi sắt cực từ. Lõi sắt cục từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép
cácbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong máy điện nhỏ có thể làm bằng thép
khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn
bằng dây đồng cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối
và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên các
cực từ này được nối nối tiếp với nhau.
+ Cực từ phụ:
Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi
thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây
quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ
những bulông.
+ Gông từ:
Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong
máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn
thường dùng thép đúc. Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.
+ Các bộ phận khác gồm có:
+ Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây
quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp
máy cịn có tác dụng làm giá đở ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng
gang.
+ Cơ cấu chổi than: Để đưa dịng điện từ phần quay ra ngồi.
+ Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lị xo tì
chặt lên cổ góp.
+ Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá.
+ Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ. Sau
khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại.
- Phần quay rotor:
Phần quay gồm có những bộ phận sau:
+ Lõi sắt phần ứng:
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
13
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỷ thuật điện
(thép hợp kim silic) dày 0,5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm
hao tổn do dịng điện xốy gây nên. 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 sức điện động và có dịng điện chạy qua. Dây
quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ
(công suất dưới vài kW) thường dùng dây có tiết diện trịn. Trong máy điện vừa và
lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với
rảnh của lõi thép.
+ Cổ góp: là (cịn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng
điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
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.
Hình 1.1. Cấu tạo của động cơ điện một chiều
- Nguyên lý hoạt đợng
+ Khi ta cho dịng điện một chiều đi vào chổi than thì do dịng điện chỉ đi vào
thanh dẫn dưới cực N và đi ra các thanh dẫn dưới cực S nên dưới tác dụng của từ
trường sẽ sinh ra 1 moment có chiều khơng đổi làm quay máy. Chiều của lực điện từ
được xác định theo qui tắc bàn tay trái.
+ Bộ phận chỉnh lưu (chổi than cổ góp) sẽ đảo chiều dịng điện sau nửa vịng
quay. Kết quả là phần bên trái của cuộn dây thì dịng điện ln đi ra phía sau phần bên
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
14
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
phải cuộn dây thì dịng điện ln đi ra phía trước nên moment lực tạo ra ln hướng về
một chiều quay.
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Động cơ điện một chiều
+ Khi động cơ làm việc, các dây dẫn phần ứng chuyển động trong từ trường của
phần cảm nên trong chúng lại xuất hiện suất điện động cảm ứng, sinh ra dòng cảm ứng
ngược chiều với dòng điện đưa vào phần ứng. Vì thế sức điện động cảm ứng này còn
gọi là sức phản điện.
+ Dòng điện trong cuộn dây phần ứng tạo ra một từ trường riêng, gây ảnh hưởng
đến từ trường của cuộn dây phần cảm và tạo ra hiện tượng gọi là phản ứng phần ứng.
Phản ứng phần ứng là một trong những nguyên nhân gây ra tia lửa điện giữa chổi than
và cổ góp cũng như các lá thép trong cổ góp. Cực từ phụ đặt xen giữa các cực từ chính
dùng để hạn chế phản ứng phần ứng. Cuộn dây cực từ phụ mắc nối tiếp với cuộn dây
phần ứng.
+ Ở động cơ cơng suất trung bình và lớn, người ta cịn dùng biện pháp tăng khe
hở khơng khí giữa stato và roto và đặt thêm các rãnh ở cực từ chính một cuộn dây gọi
là cuộn bù. Cuộn bù cũng mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng.
+ Động cơ điện một chiều có 2 cực từ chính (hình 1.2) gọi là có 1 cặp cực (p =
1). Hình 1.2a là động cơ có 2 cặp cực (p = 2).
Các trị số định mức
Chế độ làm việc định mức của máy điện một chiều là chế độ làm việc trong
những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định. Chế độ đó đươc đặc trưng bằng những
đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức. Trên nhãn máy
thường ghi những đại lượng sau:
Công suất định mức: Pđm (KW hay W);
Điện áp định mức: Uđm (V);
Dòng điện định mức: Iđm (A);
Tốc độ định mức: nđm (vg/ph).
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
15
ĐỜ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG ŚT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
Ngồi ra cịn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dịng điện kích từ và các số liệu
về điều kiện sử dụng.
Đặc điểm
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 cơng suất lớn hơn nhiều so với cơng suất cơ
thì tính chất động cơ sẽ tương tự động cơ kích từ độc lập.
Đặc điểm của động cơ kích từ độc lập là dịng điện kích từ và từ thơng động cơ
khơng phụ thuộc dịng điện phần cứng. Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập với
nguồn điện mạch kích từ UKT riêng biệt so với nguồn điện mạch phần cứng Uư.
Khi nguồn điện một chiều có cơng suất vơ cùng lớn, điện trở trong nguồn coi như
bằng khơng thì điện áp nguồn sẽ là khơng đổi, khơng phụ thuộc dịng điện chạy trong
phần ứng động cơ. Khi đó, động cơ kích từ song song cũng được coi như kích từ độc
lập. Vì vậy, ở đây ta coi hai loại động cơ này như nhau.
Hình 1.3. Sơ đờ nới dây của đợng cơ
kích từ đợc lập
Hình 1.4. Sơ đồ nối dây động cơ
kích từ song song
Phương trình đặc tính.
- Phương trình cân bằng điện áp.
Uư =Eư +(Rư +Rf)*(Iư )
Trong đó:
Uư là điện áp phần ứng (V).
Rư = rư + rcf + rcb + rct
Rư là Điện trở phần ứng động cơ (Ω).
Bao gồm:
rư: Điện trở cuộn dây phần ứng;
rcf: Điện trở cực từ phụ;
rcb: Điện trở cuộn bù (nếu có);
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
16
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
rct: Điện trở tiếp xúc của chổi than trên cổ góp rcf.
Rf: Điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω).
Iư: Dòng điện mạch phần ứng (A).
Eư: Sức điện đồng phần ứng động cơ (V).
Được xác định theo công thức:
Eư = K*Ф*ω
Trong đó:
K
pN
= 2 πa hệ số cấu tạo của động cơ.
Với:
p: Số đơi cực từ chính.
N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.
a: Số mạch nhánh đấu song song của cuộn dây phần ứng.
Ф: Từ thơng kích từ dưới một cực từ (Wb).
- Phương trình đặc tính cơ.
Sơ đồ nguyên lý:
Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý
ω=
Uư
KФ đm
R ư + R fư
- ( KФ
đm
2
)
.M
Momen điện từ của động cơ tỷ lệ với từ thơng Ф và dịng điện phần ứng Iư:
M = KФIư
- 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 dịng điện phần ứng I ư. Ta được phương trình đặc tính
cơ điện:
ω=
Uư
KФđm
–
R ư + R fư
KФ đm
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.
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
17
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
Nếu dùng đơn vị tốc độ là vịng/phút thì phương trình đặc tính cơ sẽ trở thành:
n=ω∗9,55
(
Uư
R
− ưΣ 2 ∗M
KФ ( KФ )
n = 9,55
-
Tốc độ góc định mức:
ω đm
= 2 π *nđm
KФđm =
-
)
U đm−I đm Rư
ωđm
Tốc độ động cơ:
ω = ω 0 - ∆ω =
U đm
KФ đm
-
R ư + R fư
(KФ đm
* M=
)
2
U đm R ư Σ
*I
KФ đm KФ đm ư
Hình 1.6. Sơ đờ ngun lí nới dây đợng cơ điện mợt chiều kích từ đợc lập
-
Tốc độ góc định mức.
ω đm
= 2 π *nđm
KФđm =
-
U đm−I đm ¿ Rư
ω đm
Tốc độ động cơ.
ω = ω 0 - ∆ω =
U đm
KФ đm
-
R ư + R fư
( KФ đm
*M =
)
2
U đm R ư + R fư
*Iư
KФ đm KФ đm
Đường đặc tính cơ và đặc tính cơ điện
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
18
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
Từ các phương trình đặc tính cơ-điện và phương trình đặc tính cơ, với giả thiết
phần ứng được bù đủ và f = const có thể vẽ được các đặc tính cơ-điện và đặc tính cơ là
những đường thẳng.
Hình 1.7. Đường đặc tính
Hình a : Đường đặc tính cơ-điện của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập
Hình b : Đường đặc tính cơ của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập
1.3. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
1.3.1. Điều chỉnh R phần ứng bằng cách mắc điện trở phụ Rf
Ta có: U ư =U đm; Ф=Фđm
- Tốc độ động cơ:
ω = ω 0 - ∆ω =
U đm
KФ đm
-
R ư + R fư
( KФ đm
*M=
)
2
U đm R ư Σ
*I
KФ đm KФđm ư
Hình 1.8. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch phần ứng
+ Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:
ω 0=
U đm
=const
K Ф đm
+ Độ cứng đặc tính cơ:
β=
∆ M −( K Ф )
=
∆ω
R+ R f
2
+ Khi Rf =0 thì độ cứng đặc tính cơ tự nhiên:
2
(K Φ )
|β tn|= Rđm
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
19
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
β tn có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các đường đặc
tính có điện trở phụ. Như vậy khi mắc nối tiếp điện trở R f vào phần ứng, nếu R f càng
lớn thì độ dốc của đường đặc tính, số vòng quay và tốc độ động cơ càng giảm.
Tuy nhiên phạm vi điều chỉnh hẹp và phụ thuộc vào tải (tải càng lớn phạm vi điều
chỉnh càng rộng), không thực hiện được ở vùng gần tốc độ không tải.
Điều chỉnh có tổn hao lớn. Người ta thường chỉ dùng để làm điện trở điều chỉnh tốc độ
ở chế độ làm việc lâu dài.
1.3.2. Thay đổi điện áp phần ứng
Ta có: Rf = 0; RưΣ = Rư =const; Φ=Φđm = const
+ Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng thì:
KФ =
U ư −I đm Rư
ωđm
ω 0=
∆ωc =
ω=
Uư
KФ
Rư
Rư
∗I c =
*M c
KФ
(KФ)2
Uư
KФ
-
Rư
*M =
( KФ)
2
= ∆ωC*TN
U Rư
KФ - KФ *Iư
Hình 1.9. Đường đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ
độc lập bằng thay đổi điện áp mạch phần ứng
+ Tốc độ không tải lý tưởng:
ω0 x=
Ux
K Фđm
+ Độ cứng đặc tính cơ:
2
−( K Ф )
β=
=const
R
Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng thì các đường đặc tính cơ song song với
nhau độ dốc của đường đặc tính, số vịng quay, momen ngắn mạch, dịng điện ngắn
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
20
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
mạch và tốc độ động cơ giảm. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
thì chỉ thay đổi được theo chiều tốc độ giảm (vì mỗi cuộn dây đã được thiết kế với
Uđm, nên không thể tăng điện áp đặt lên cuộn dây), phạm vi điều chỉnh hẹp.
1.3.3. Thay đổi từ thơng
Ta có: Rf = 0; RưΣ = Rư =const; Uư=Uđm = const
Ta thay đổi dịng kích từ Ikt để thay đổi từ thơng
Hình 1.10. Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập
khi giảm từ thơng
+ Tốc độ khơng tải lý tưởng:
ω0 x=
U đm
K Фx
+ Độ cứng đặc tính cơ:
−( K Ф x ) 2
β=
Rư
Ta nhận thấy rằng khi từ thơng thay đổi thì:
+ Dịng điện ngắn mạch khơng đổi:
I nm=
U đm
=const
Rư
+ Mômen ngắn mạch thay đổi:
M nm=K Ф x∗I nm
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) nhưng không điều chỉnh ở dưới tốc độ định mức (nhược). Do vậy
thông thường được áp dụng hợp với phương pháp khác nhằm tăng phạm vi điều chỉnh.
1.4. Điều chỉnh tốc độ dộng cơ bằng thay đổi điện áp phần ứng
Để điều chỉnh được điện áp động cơ một chiều địi hỏi phải có một nguồn riêng
có U điều chỉnh được.
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
21
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
Ta dùng các bộ nguồn điều áp như: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van
hoặc khuếch đại từ… vì là nguồn có cơng suất hữu hạn so với động cơ các bộ biến đổi
trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điều chỉnh
giá trị sức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu.
Hình 1.11. Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập dùng bộ biến đổi điều
khiển điện áp phần ứng
Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau:
Eb −Eư =I ư (Rb + Rưđ )
ω=
Eb
R b+ R ưđ
−
∗I
K φđ m K∗φ đ m ư
M
|β|
ω=ω 0∗U đ k −
Hình 1.12. Quá trình thay đổi tốc độ khi điều chỉnh điện áp
- Trong khi giảm tốc độ theo cách giảm điện áp phần ứng, nếu giảm mạnh điện
áp, nghĩa là chuyển nhanh từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp thì cùng với quá trình giảm
tốc có thể xảy ra q trình hãm tái sinh. Chẳng hạn, cũng trên hình 1.10, động cơ đang
làm việc tại điểm A với tốc độ lớn ωA trên đặc tính cơ 1 ứng với điện áp U 1. Ta giảm
mạnh điện áp phần ứng từ U1 xuống U3. Lúc này động cơ chuyển điểm làm việc từ
điểm A trên đường 1 sang điểm E trên đường 3 (chuyển ngang với ωA=ωE). Vì ω E lớn
hơn tốc độ khơng tải lý tưởng ωo của đặc tính cơ 3 nên động cơ sẽ làm việc ở trạng thái
hãm tái sinh trên đoạn EC của đặc tính 3.
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
22
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
GVHD: ThS. VÕ KHÁNH THOẠI
- Khi thay đổi phần ứng (thay đổi theo chiều giảm điện áp), vì từ thơng của động
cơ được giữ khơng đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng khơng đổi, cịn tốc độ khơng tải lí
tưởng ωo =
U
thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng. Do đó ta thu được họ
KΦ
đặc tính mới song song và thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên tức là vùng điều khiển tốc độ
nằm dưới tốc độ định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu
về sai số tốc độ và về mômen khởi động. Khi mơmen tải là định mức thì các giá trị lớn
nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:
ω max=ω0 max −
M đm
| β|
ω min =ω0 min −
M đm
|β|
- Để thoả mãn khả năng q tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có
mơmen ngắn mạch là: M nmmin=M cmax =K M M đm. Trong đó K M là hệ số q tải về mơmen.
Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng
đặc tính cơ có thể viết:
D=
1 M đm
ω min=M nmmin−M đm =
K M −1
|β| |β|
ω0 max −
M đm
|β|
ω0 max∗|β|
−1
M đm
M đm
( K ¿¿ M −1)
=
¿
K M −1
| β|
Hình 1.13. Đặc tính cơ q trình thay đổi điện áp
- Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị ω 0 max, M đm, K M là xác định, vì vậy
phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng. Khi điều chỉnh
điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch
phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ. Do đó có thể tính sơ bộ được:
ω 0 max∗|β|
SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT
1
≤ 10
M đm
23
