ĐỀ tài THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN tự ĐỘNG CHO hệ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG cơ một CHIỀU XOAY CHIỀU 3 PHA

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.16 MB, 50 trang )

TRƯỜNG ĐAI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH
KHOA ĐIỆN

ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
XOAY CHIỀU 3 PHA

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: NGYỄN ANH TUẤN
Sinh viên: ĐẶNG QUANG MINH
Lớp DHTDHCK14A1
MSV:1405190094

Nghệ An, năm 2022

Lời nhận xét của giáo viên hướng dẫn
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Lời nhận xét của giáo viên phản biện
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay với sự phát triển không ngừng của nền khoa học kỹ thật đã tạo ra những
thành tựu to lớn. Trong đó nghành điều khiển tự động góp một phần không nhỏ vào sự
phát triển đó. Một trong những vấn đề quan trong trong các dây chuyền điều khiển tự
động hóa là điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều. Từ trước đến nay động cơ điện
một chiều luôn được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền động kể cả hệ thống
truyền động yêu cầu cao. Vì vậy để hiểu rõ môn thiết kế hệ thống tự động hóa quá trình
em được giao đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển tự động động cho hệ truyền động
động cơ điện 1 chiều”. Nội dung đề tài được chia làm IV chương:
Chương I: Mô tả động cơ điện 1 chiều.
Chương II: Thiết kế mạch lực hệ truyền động tự động.
Chương III: Thiết kế điều khiển hệ truyền động tự động
.
Chương IV: Mô phỏng hệ thống điều khiển trên phần mềm Matlab-Simulink.
Trong quá trình làm đề tài em luôn nhận được sự quan tâm hướng dẫn chỉ bảo tận
tình của Thầy giáo Nguyễn Anh Tuấn em xin chân thành cảm ơn thầy. Tuy nhiên do
thời gian, giới hạn của đề tài, với phạm vi nghiên cứu tài liệu, với kinh nhiệm và kiến

thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong thầy đóng
góp ý kiến để đò án hoàn thiện hơn.

Sinh viên thực hiện
Cao Văn Huỳnh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
1.1.1. Cấu tạo của động cơ điện một chiều

Hình 1.1: Mặt cắt ngang máy điện một chiều
Cấu tạo của động cơ điện một chiều có thể phân thành hai thành phần chính là: phần
tĩnh và phần quay.
- Phần tĩnh hay Stato (phần cảm).
Đây là thành phần đứng yên của động cơ. Phần tĩnh gồm các bộ phận 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 ngồi lõi sắt kích từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật
điện hoặc thép khối gia công thành dạng cực từ rồi cố định vào vở máy. Dây quấn kích từ
được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ
thành một khối 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. Nhiệm vụ chính của cực từ chính và
dây quấn kích từ tạo ra từ thơng chính trong máy.
+ Cực từ phụ: Cực từ phụ thường làm bằng thép khối đặt xen kẽ giữa các cực từ
chính và dùng để cải thiện đổi chiều (đặt trên đường trung tính hình học). Xung quanh
cực từ phụ có dây quấn cực từ phụ. Dây quấn cực từ phụ được đấu nối tiếp với dây quấn
phần ứng (dây quấn Roto). Nhiệm vụ của cực từ phụ là để làm giảm sự xuất hiện tia lửa
điện trên bề mặt chổi than và cổ góp.

+ Vỏ máy (gông từ): Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời
làm vỏ máy bảo vệ các bộ phận bên trong vỏ máy. Vỏ máy điện một chiều được làmbằng
thép dẫn từ.
+ Chổi than: Chổi than dùng để điện áp từ bên ngoài vào động cơ. Cơ cấu chổi than
gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi
than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá.Chổi than thường đượclàm bằng
bột đồng bột than và một số phụ gia chống mài mòn khác.Chổi than được đặt trên đường
trung tính hình học.
- Phần quay hay Roto (phần ứng).
+ Lõi sắt phần ứng: Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. Thường làm bằng lá thép kĩ
thuật điện dầy 0.5(mm) phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do
dịng điện xốy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây:
Dây quấn phần ứng là thành 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. Dây quấn được bọc cách
điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.
+ Cổ góp: Cổ góp (cịn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng
điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng ghép cách điện với nhau.
Bề mặt cổ góp phải được gia cơng với độ nhẵn bang cao để đảm bảo tiêp xúc giũa chổi
than và cổ góp. Cổ góp đặt đồng tâm với trục quay để hạn chế phát sinh tia lửa điện.
+ 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 cácbon tốt.
1.1.2. Nguyên Lý hoạt động của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ khi đặt vào
trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng
một lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn) và làm cho dây dẫn chuyển động,chiều của từ lực
được xác định bằng quy tắc bàn tay trái.

Nguyên lý: Khi cho dòng điện chạy qua cuộn dây kích từ, sẽ tạo ra từ trường tác
dụng một lực từ vào các dây dẫn của rơto khi có dịng chạy qua sẽ tạo mô men làm quay
rôto.
1.1.3. Phân loại động cơ điện một chiều
Dựa vào cách nối dây quấn phần ứng với dây quấn kích từ động cơ điện một chiều
được chia ra làm bốn loại sau:
- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: dịng điện kích từ được lấy từ nguồn
riêng biệt so với phần ứng. Trường hợp đặc biệt, khi từ thơng kích từ được tạo ra bằng
nam châm vĩnh cữu, người ta gọi là động cơ điện một chiều kích thích vĩnh cửu.
- Động cơ điện một chiều kích từ song song: Dây quấn kích từ được nối song song
với mạch phần ứng.
- Động cơ điện một chiều kich từ nối tiếp: Dây quấn kich từ được mắc nối tiếp với
mạch phần ứng.
- Động cơ điện một chiều kich từ hỗn hợp: Dây quấn kich từ có hai cuộn, dây quấn
kich từ song song và dây quấn kich từ nối tiếp. Trong đó, cuộn kich từ song song thường
là cuộn chủ đạo.

Hình 1.2: Các loại động cơ điện một chiều
a) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
b) Động cơ điện một chiều kích từ song song.
c) Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
d) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp.

1.1.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Ưu điểm cơ bản của động cơ điện một chiều so với các loại động cơ điện khác là
khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, các bộ điều chỉnh tốc độ đơn giản, dễ chế tạo.
Do đó, trong điều kiện bình thường, đối với các cơ cấu có u cầu chất lượng điều
chỉnh tốc độ cao, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, người ta thường sử dụng động cơ điện
một chiều. Có các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều cơ bản như:

- Thay đổi điện áp đặt vào mạch phần ứng
- Thay đổi từ thông
- Thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng
Đối với các hệ thống truyền động điện một chiều có yêu cầu điều chỉnh tốc độ cao
thường sử dụng động cơ điện một chiều kich từ độc lập.
1.2. Các động cơ điện một chiều
1.2.1. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
U đm=E ư đm + Rư I ư đm
I ư đm=I đm=

Pđm
ηđm U đm

Hình 1.3: Sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ độc lập
Trong đó: Uđm: điện áp định mức.
Iđm: dịng điện định mức trong mạch chính.

Iktđm: dịng điện kích từ định mức.
Pđm: cơng suất cơ đầu cần trục cân bằng với tải.
ηđm: hiệu suất định mức của động cơ.
1.2.2. Động cơ điện một chiều kích từ song song
U đm=E ư đm + Rư I ư đm
I ư đm=I đm−I kt =

P đm
−I
ηđm U đm kt

Hình 1.4: Sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ song song

1.2.3. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
U đm=E ư đm + RI ư đm

Với : R=Rư + Rkt
I ư đm=I đm=I kt =

P đm
ηđm U đm

Hình 1.5: Sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ nối tiếp

1.2.4. Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
Động cơ điện kích từ hỗn hợp là động cơ điện vừa có kích từ song song vừa có kích
nối tiếp trong đó kích từ song song đóng vai trị chủ yếu.
1.3. Các phương pháp điều chỉnh động cơ điện một chiều
Từ phương trình đặc tính cơ:
ω=

Uư
R
−
¿
¿
Keϕ

Ta có ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:
1.3.1. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng
Trong thực tế người ta thường dùng phương pháp giảm điện áp phần ứng động cơ
và giữ từ thông ϕ =ϕ đm=const , điện trở R=R ư

Khi điện áp giảm thì:
ω 0=

U
Kϕ

Rư Σ
Δ ω= ¿ ¿

Do đó ta thu được họ các đường đặc tính cơ sau:

Hình 1.6: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp
+ Nhận xét: Khi ta giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ thì tốc độ khơng tải giảm
xuống, cịn độ xụt tốc độ khơng đổi. Điện áp phần ứng càng giảm,tốc độ động cơ càng
nhỏ. Do đó ta thu được họ các đường đặc tính cơ song song với đường đặc tính cơ tự
nhiên, tức độ cứng đặc tính cơ khơng đổi.

1.3.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thơng trong mạch kích từ
Muốn thay đổi từ thơng động cơ, ta tiến hành thay đổi dịng điện kích từ của động
cơ qua một điện trở mắc nối tiếp mạch kích từ. Trong thực tế người ta thường dùng
phương pháp giảm từ thông ϕ và vẫn giữ điện áp U =U ưđm, điện trở R=R ư và cũng không
được giảm từ thông ϕ gần về 0.
Khi từ thông ϕ giảm thì:
ω 0=
∆ ω=

U
↓
Kϕ

Rư
2

( Kϕ)

M ↑↑

Do đó ta thu được họ các đường đặc tính cơ sau:

Hình 1.7 Họ đặc tính cơ khi thay đổi từ thơng mạch kích từ động cơ
+ Nhận xét: Như vậy khi giảm từ thơng thì tốc độ khơng tải tăng lên nhưng độ sụt
tốc độ tăng gấp 2 lần. Do đó ta thu được họ các đường đặc tính cơ có độ dốc hơn và có
tốc độ khơng tải lớn hơn. Vì vậy càng giảm từ thơng thì tốc độ khơng tải lý tưởng của đặc
tính cơ càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn. Độ cứng đặc tính cơ giảm. Phương pháp này
rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dịng kích từ là (1 ÷
10)% dịng định mức phần ứng.
1.3.3. Điều chỉnh tốc độ dộng cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ
Trong thực tế người ta thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ:
R=R ư + R f , và giữ điện ápU =U đm, từ thông ϕ =ϕ đm=const .

Ta có:
ω=

U ư Rư + Rf
−
M
Kϕ (Kϕ)2

Khi tắng điện trở phụ thì:
ω 0=

U
=const
Kϕ

Δ ω=

Rư + R f
2

(Kϕ)

↑

Ta được họ các đường đặc tính cơ như sau:

Hình 1.8: Họ đặc tính cơ động cơ khi thay đổi mạch phần ứng động
cơ
+ Nhận xét: Khi tăng điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ thì độ dốc đặc tính
cơ càng lớn, đặc tính cơ mềm và độ ổn định tốc độ càng kém sai số tốc độ càng lớn. Tốc
độ không tải không đổi và = ω0, cịn độ sụt tốc độ Δω tăng. Khi đó ta được họ các đường
đặc tính cơ nhân tạo cùng đi qua điểm tốc độ không tải (0, ω0) và độ dốc tăng khi điện
trở Rf càng lớn, tức là độ cứng của đặc tính cơ giảm.

CHƯƠNG II
THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG
2.1 Lựa chọn thiết bị mạch động lực

Mạch động lực bao gồm các phần tử: sơ đồ chỉnh lưu, cuộn kháng, máy biến áp
động lực, các phần tử R-C. Theo đề ra thì động cơ là động cơ một chiều kích từ độc lập
có:
Như vậy, việc thiết kế sơ đồ mạch động lực chỉ còn là lựa chọn các phần tử khác
cho phù hợp.
2.1.1 Chọn sơ đồ chỉnh lưu
Để lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu ta đưa ra 3 phương án sau:
Phương án 1: Sơ đồ chỉnh lưu Tiristor hình cầu 1 pha

u2






IG1



IG2



IG3



IG4



-u2

u2












b)
Hình 2.1: Sơ đồ (a), đồ thị (b) chỉnh lưu Tiristor hình cầu 1 pha

Theo đồ thị ta nhận được:
2π

π

1
1
U dα = ∫ U d (θ )dθ= ∫ √ 2U 2 sinθdθ
2π 0

π 0

(1+cos α )
2 √ 2 (1+cos α )
U2
=U d 0
2
2
= π
Với U d 0 =0,9U2
Với tải thuần trở dạng dòng điện id tương tự dạng điện áp Ud, và ta thấy dịng điện
sẽ có đoạn bằng 0 trong tồn dải điều chỉnh α . Do vậy dòng điện này được gọi là dòng
điện gián đoạn.
Phương án 2: Sơ đồ chỉnh lưu Tiristor hình cầu 3 pha

T1

T5

T3



T6

T2

T4

T6

IG1






IG2
IG3
IG4
IG5
IG6




























Ud



b)
Hình 2.2: Sơ đồ (a), đồ thị (b) chỉnh lưu Tiristor hình cầu 3 pha

Khi phát xung mở van cho mạch hoạt động cũng phải đồng thời cho hai tiristor
cần dẫn. Trên đồ thị ở hình 1.2b thể hiện điều này ở chỗ mỗi tiristor được phát hai xung:
xung đầu tiên xác định góc α , xung thứ 2 đảm bảo thông mạch tải.
Ở đây vẫn phải đảm bảo góc điều khiển các van phải bằng nhau:
α 1=α 2 =.. .=α 6 =α . Theo đồ thị U ( θ ) ta thấy góc giới hạn θth giữa dòng liên tục và
d
dòng gián đoạn bằng 600. Vậy:
0
Nếu α≤60 ta sẽ có qui luật dễ nhớ là:

U dα =U d 0 cosα=2 , 34 U 2 cos α

Nếu α >600 thì dịng điện sẽ gián đoạn. Điện áp chỉnh lưu nhận được (xem đồ thị
Ud với giai đoạn T1T6 dẫn khi Ud = Uab) là:
π

0
1+ cos( α +60 )
3 √6
2
3
U
sin
θdθ=
U
√
√
∫
2
2
π
2

U dα =

3
π

=U d 0

1+cos (α+ 60 )
2

α +60 0

0

Phương án 3: Sơ đồ chỉnh lưu Tiristor hình tia 3 pha

ua

u2

ua

uc

ub



IG1



IG2



IG3



ua

ud

uc

ub









b)



Hình 2.3: Sơ đồ (a), đồ thị (b) chỉnh lưu Tiristor hình tia 3 pha
Đồ thị điện áp Ud của mạch chỉnh lưu này thể hiện trên hình 2.3b với góc điều
khiển =300. Đây là góc đặc biệt.
α

0
+ Nếu α≥30 , điện áp Ud sẽ có đoạn bằng 0, vì vậy khi tải thuần trở, dòng điện tải
Id sẽ gián đoạn, tức là có những đoạn id = 0, và dịng điện qua van ln kết thúc khi điện

áp pha về 0. Đồ thị Ud có dạng ở trên hình 2.4b , theo đó có:

2π

π

1
3
U dα = ∫ U d (θ )dθ= ∫ √ 2 U 2 sin θdθ
2π 0
2π α
3 √2
U 2 [ 1+cos(α+300 ) ]
2π
0
3 √6 1+cos( α+30 )
¿
U2
2π
√3
1+cos(α+300 )
¿ Ud0
√3
¿

(2.1)
120°

ua

ud

ub

uc

ua

ud

uc

ub

0
30

a)

o

0
b)

30

o

Hình 2.4: Dạng điện áp Ud mạch hình tia 3 pha
+ Nếu α <300, dạng điện áp Ud ở hình 2.4b. Ta thấy rằng điện áp Ud ln lớn hơn

0. Như vậy với tải thuần trở, dòng điện id sẽ luôn tồn tại và chạy liên tục qua tải, vì vậy
dạng dịng này gọi là dịng liên tục. Ở đây qui luật điện áp Ud khác đi, không tuân theo
biểu thức (2.1) vừa có. Với lưu ý rằng 3 van sẽ thay nhau dẫn trong một chu kỳ, nên mỗi
2π
van dẫn một khoảng 3 , do đó:
3
U dα =
2π

0

α +30 +120

0

∫ √ 2 U 2 sin θdθ= 32√π6 U 2 cos α =U d 0 cos α

α +300

(2.2)

Như vậy, với mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia, qui luật điện áp U dα phụ thuộc vào
chế độ dòng: Nếu dòng gián đoạn tuân theo qui luật (2.1); nếu dòng liên tục lại theo (2.2).
d, Lựa chọn phương án:
Có nhiều sơ đồ chỉnh lưu đáp ứng được yêu cầu cơng nghệ. Tuy nhiên ở mỗi sơ đồ
có các chỉ tiêu về chất lượng khác nhau, giá thành khác nhau. Vấn đề đặt ra là lựa chọn
cho phù hợp.
Các sơ đồ một pha tuy rẻ, song có chất lượng điện áp ra kém, nhất là khi góc mở 
lớn, truyền động có phạm vi điều chỉnh lớn do đó địi hỏi góc mở  dao động rộng và

như vậy sơ đồ một pha khó đáp ứng được (khi góc  có nguy cơ hệ thống làm việc ở chế
độ dịng gián đoạn).
Vì những lẽ đó ta chỉ lựa chọn ở sơ đồ ba pha. Sơ đồ cầu ba pha tuy có chất lượng
điện áp ra tốt hơn sơ đồ tia ba pha, song nó có giá thành cao và mạch diều khiển cũng
phức tạp hơn. Sơ đồ tia ba pha có chất lượng điện áp ra kém hơn (điều này có thể khắc
phục bằng các cuộn kháng) song nó hồn tồn đáp ứng được các u cầu cơng nghệ. Vì
những lý do này ta chọn sơ đồ tia ba pha.
2.2.2 Lựa chọn phương án đảo chiều hai bộ chỉnh lưu
Ta có thể sử dụng 2 phương án để đảo chiều hai bộ chỉnh lưu:
+ Sử dụng cầu tiếp điểm của khởi động từ
+ Dùng hai bộ chỉnh lưu đấu song song ngược hoặc đấu chéo.
Khi dùng cầu tiếp điểm thì kém bền vì hệ thống của ta khi làm việc thường xuyên
đảo chiều, mỗi lần đảo chiều dòng hồ quang một chiều sẽ làm mòn tiếp điểm. Mặt khác,
khi đó vùng hãm tái sinh nhỏ, vùng hãm ngược lớn gây giật và q trình hãm ngược cịn
làm dịng phần ứng lớn vì:

Dịng điện này có giá rị rất lớn.
- Khi sử dụng sơ đồ đấu chéo mạch lại trở nên phức tạp địi hỏi máy biến áp phải
có hai cuộn dây thứ cấp.
- Khi dùng hai BBĐ đấu song song ngược sẽ đảm bảo khắc phục hết những nhược
điểm của các phương pháp kia, hơn nữa truyền động của ta đòi hỏi đảo chiều nhanh nên
phương án này là phù hợp hơn cả.
2.2.3 Lựa chọn phương án điều khiển hai bộ chỉnh lưu

Để điều khiển hai bộ biến đổi làm việc song song ngược có hai phương pháp:
+ Điều khiển riêng
+ Điều khiển chung
2.2.3.1 Phương pháp điều khiển riêng
Ở phương pháp này hai bộ biến đổi làm việc độc lập với nhau. Khi phát cho bộ

biến đổi thuận làm việc thì bộ biến đổi ngược khơng được phát xung sẽ khố lại và
ngược lại. Phương pháp này có ưu điểm là khơng phát sinh dịng cân bằng song nhược
điểm của nó là thời gian đảo chiều lớn. Vì để đảm bảo cho sơ đồ làm việc an tồn thì u
cầu phải có thời gian ngừng dòng để cho các van của bộ biến đổi làm việc ở giai đoạn
trước phục hồi lại tính chất điều khiển và như vậy làm giảm độ tác động nhanh của hệ
thống.
Tuy vậy vẫn có thể tăng độ tác động nhanh của hệ thống bằng cách giảm thời gian
ngừng dòng xuống cực thiểu nhờ những mạch kiểm tra tác động nhanh.
2.3.2.2 Phương pháp điều khiển chung
Trong phương pháp này lại gồm có:
+Điều khiển phối hợp tuyến tính.
+ Điều khiển phối hợp phi tuyến.
Phương pháp điều khiển phối hợp tuyến tính: ở phương pháp này người ta đồng
thời phát xung đến mở cho cả hai BBĐ, với quan hệ góc mở: 1 + 2 = 1800. Khi hệ
thống làm việc luôn tồn tại một BBĐ làm việc ở chế độ chỉnh lưu (  900) và một BBĐ làm
việc ở chế độ nghịch lưu (  900 ) .
Phương pháp này có ưu điểm: là đảo chiều nhanh, quan hệ giữa điện áp trung bình
ra và Uđk là đơn trị. Song nhược điểm của nó là: làm phát sinh dòng cân bằng gây tổn
thất trong BBĐ dẫn đến phải tăng cơng suất tính tốn của các phần tử. Tuy nhiên, điều
này có thể khắc phục bằng cách mắc thêm các cuộn kháng cân bằng.
Phương pháp điều khiển phối hợp phi tuyến: ở phương pháp này người ta cho hai
BBĐ làm viện với quan hệ góc mở: 1 +2 = 1800 +2 .
Phương pháp này có ưu điểm là giảm được dịng cân bằng. Song nhược điểm của
nó là tạo ra một khoảng mà với cùng một góc điện áp điều khiển sẽ có hai giá trị điện áp
ra khác nhau, thời gian ngừng dòng khi đảo chiều lớn làm sấu các chỉ tiêu chất lượng
động khi tải có sức điện đơng lớn và tải có điện cảm lớn.
Từ những phân tích như vậy ta chọn phương pháp điều khiển phối hợp tuyến tính.
2.2 Tính chọn thiết bị mạch động lực

2.2.1 Tính chọn động cơ
Động cơ được chọn là động cơ 1 chiều kích từ độc lập có:
Uđm =220 V, nđm =1000v/p, P =32kW
Các thơng số cơ bản cịn lại của động cơ
I udm=

P
32000
=
=181.8( A)
η U dm 0,8.220

U2a,U2b,U2c sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn
E : sức điện động của động cơ
R, L :điện trở, điện cảm trong mạch
R = 2.Rba + Ru + Rk + Rdt
L = 2.Lab + Lu + Lk
Rba, Lba: điện trở, điện cảm của MBA qui đổi về thứ cấp.
Rk, Lk: điện trở và điện cảm cuộn kháng lọc
Rdt: điện trở mạch phần ứng động cơ được tính :
Ru =0,5 .(1−η ).

U udm
I udm

(Ω)

220
= 0.5(1-0.8). 181.4 = 0.121 ( Ω )

Lư : điện cảm mạch phần ứng động cơ được tính theo cơng thức:
Lu=γ .

Trong đó :

Kiểu

U dm .60
220.60
=0,25.
=0,0029 (H)=2.9 (mH)
2 π . p . ndm . I dm
2 π .2.1000 .181.4

Lấy  = 0,25 là hệ số lấy cho động cơ điện một chiều có cuộn bù.
Pdm (kW )

U dm (V )

I dm ( A)

n dm (vg / ph)

32

220

181.4

1000

2.2.2 Tính chọn cơng suất máy biến áp động lực.
Như ở phần thiết kế ta đã chọn máy biến áp động lực có tổ đấu dây Y/Y0 ở phần
này ta tính tốn các thơng số cho nó. Máy biến áp được chọn theo điều kiện:
+ SđmBA  Stt
+ I1fđm  I1đm
+ I2fđm  I2đm
+ U2fđm  KuKRKKaUđm
* Điện áp thứ cấp được chọn theo biểu thức:
U2đm  KuKKRKaUđm
Trong đó:
+ Uđm là điện áp định mức động cơ
+ Ku là hệ số xét tới ảnh hưởng khả năng ảnh hưởng dao động trong phạm vi cho
phép của điện áp lưới. thường lấy Ku = 1,05  1,1 , ta chọn Ku = 1,1.
+ K là hệ số kể đến góc điều khiển nhỏ nhất (min) nhằm đảm bảo chắc chắn hệ
thống không rơi vào trạng thái lật nhào nghịch lưu, ta chọn:min = 100
U d min

 max = arc cos ( 2 .34 .U 2 )
1
1
Có Udmin = D (Udmax + (D-1) IđmRu) = 20 (220+ (20-1)181,4.0,121) = 31.85 (V)

3 √6
3 √6
U 2 fdm
220
Có Ud0 = 2 π
= 2π

= 257,3 (V)
U d0

257,3
U2 = K u = 1,1 = 234 (V)

31.9
 max = arc cos( 2,34.234 ) = 870
 K = 1/cosmin = 1.015

+ KR là hệ số xét đến sụt áp trên điện trở thuần của máy biến áp,trên điện cảm
cuộn dây thứ cấp máy biến áp, do chuyển mạch, sụt áp trên dây nối và cuộn kháng, trên
các van. KR thường được chọn : KR = 1,15  1,25, ta chọn: KR = 1,15.
Ka là hệ số phụ thuộc sơ đồ chỉnh lưu

K a=

U 2 fdm
Ud0

=

U 2 fdm

3 √6
U
2 π 2 fdm

=

2π
=0 , 85
3 √6

Cuối cùng thay các giá trị hệ số vào ta được:
U2đm  0,85.1,1.1,015.1,15.220 = 240 (V)
* Chọn giá trị hiệu dụng của dòng pha thứ cấp
Để đơn giản ta bỏ qua giá trị của dòng cân bằng, khi đó ta có:
I2đm = Iđm / √ 3 = 181.4/

√3

= 104,73 (A)

+ Giá trị hiệu dụng của dòng pha sơ cấp:
I1đm = (m

Iđm )/ √ 3 , với m = U2/U1 = 240/220 = 1,09 là hệ số biến áp

 I1đm = 101,5 (A)
* Công suất máy biến áp
S= K S . P d=K S .

P
20000
=1,05.
=42000 (V.A)
η
0,8

Dựa vào các số liệu đã tính được ở trên ta chọn máy biến áp có các số liệu sau:

U1fđm

U2fđm

Sđm

I1đm

I2đm

(V)

(V)

(KVA)

(A)

(A)

220

240

42000

181.4

66

2.2.3 Tính chọn Tiristo
Tristo được chọn theo hai điều kiện chủ yếu sau:
+ Điều kiện về dòng điện: ITtb  Ki ITtbmax

+ Điều kiện về điện áp:

Ungmax  Ku

U2

a. Chọn theo điều kiện dịng điện
ITtb  Ki ITtbmax
Trong đó: Ki là hệ số dự trữ dòng điện, ta lấy Ki = 3
ITtbmax = Iđm / 3
Như vậy ta có: ITtb  114(A)
b. Chọn theo điều kiện điện áp
Sơ đồ mạch chỉnh lưu của ta là hình tia do đó điện áp mà các van phải chịu là điện

áp dây có giá trị bằng √ 6 U2f
Ungmax  Ku √ 6 U2f

Trong đó: Ku là hệ số dự trữ về điện áp, ta chọn Ku = 1,5
 Ungmax  1,5.

. 220 = 808 (V)

Dựa trên cơ sở tính tốn về điều khiện dịng điện và điện áp ta chọn tiristo có các
thơng số sau:
Mã hiệu

T - 114

IaT

Uim

du/dt

di/dt

(A)

(V)

(V/s)

(A/s)

181,4

900

100

100

2.2.4 Tính chọn cuộn kháng cân bằng
Khi hệ thống làm việc sẽ có những thời điểm hai van của hai bộ biến đổi ở hai pha
cùng mở. Lúc đó dịng cân bằng sẽ chạy từ pha có điện áp tức thời lớn hơn sang pha kia;
dịng cân bằng này khiến cho bộ biến đổi phải làm việc nặng nề hơn và nó có khả năng
phá hỏng các tiristo nếu ta khơng tìm cách hạn chế. Vì vậy nhất thiết phải đặt thêm cuộn
kháng cân bằng. Để minh hoạ ta xét 1 = 300, 2 = 1500:
Ud1
t

Ud2
Ucb

t
t

Qua hình vẽ ta thấy rằng: trong khoảng thời gian từ 0  1 dòng cân bằng chảy từ
T5 vào T2. Từ 2  3 dòng cân bằng chạy từ T1 vào T4.
Chênh lệch điện áp giữa hai bộ biến đổi là:
u12 = uT5 - uT2 = uT1- uT4 = ua - ub =

u2sin(t + /6)

Gọi X1 = X2 = X là điện kháng của hai cuộn kháng cân bằng. Dịch gốc toạ độ theo
chiều t một góc 1500 điện thì:
u12 = - √ 6 u2 sin ,

với  = t

u12 = 2X(di/ dt) 

i = (

u2sin = 2X (di/dt)

√ 6 u cost)/ 2X + C
2

Khi t = 2 thì icb = 0
i=

√ 6 u (cost - cos ) / 2X
2

2

Giá trị trung bình của dịng điện cân bằng:
θ3

√ 6 u2
3
I cb=
(cos ωt −cos θ2 ) dωt
∫
√2π θ 2 α
2

Lưu ý rằng với gốc mới 0' thì 2 = - 3

I cb=

3 √6
u (sin θ2 −θ2 cos θ2 )
2 πX 2

Qua giản đồ điện áp ta dễ thấy với  = 600 thì thời gian tồn tại dịng cân bằng là
lớn nhất. Ta cần tính tốn giá trị X sao cho Icb  10 % Iđm.
Với  = 600 thì :
Icb = 0,3424

u2 / 2X

 L CK1  0,3424

u2 / (2. 0,1.0,9 )

 LCK1  0,123 (H)
Ta chọn cuộn kháng cân bằng có các thông số:
LCK = 123 (mH)
RCK = 0,48 ()

2.2.5 Tính chọn cuộn kháng san bằng
Cuộn kháng san bằng có tác dụng lọc thành phần xoay chiều của dịng điện . Ta
biết rằng khi góc mở  = /2 thì điện áp ra có phần nửa âm bằng nửa dương. Tức là lúc
này thành phần xoay chiều là dữ dội nhất, ta sẽ tính cuộn kháng theo góc  này. Để đơn
giản ta bỏ qua ảnh hưởng của cuộn cân bằng.
Ucb
Ucb
t

0

Nếu lấy gốc toạ độ là 01 thì ta có thể viết:
Ud =

√ 2 u sint
2

Khai triển Furie của điện áp ud ta có:
Ud = b1 sin3t + b2sin6t +... + bnsin3nt
π

bn =

3

6
∫ U sin 3 nωt . dωt
π 0 d

n = 1, 2, 3, ...
π

6
b1 =
π

=

3

∫ − √2 u2 sin 3 ω sin 3 nωt . dωt
0

3 √2 1 4 π 1 2 π
u ( sin − sin )=−228 , 06 (V )
π 2 4
3 2
3

Tương tự ta có:
π

6
b2 =
π

3

∫ − √2 u
0

2

sin ωt sin 6 nωt . dωt=104 ,26 ( V )

Trị hiệu dụng của các thành phần xoay chiều:
Ud1 =  (b1/

) = 161,26 (V)

Ud2 =  (b2/

) = 73,72 (V)

Giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều ( khi bỏ qua điện cảm của
động cơ và điện trở thuần ) là:

I1=
I2=

U d1
3 ω ( LCK + LCK 1 )
U d2
6 ω( LCK + LCK 1 )

CK, CK1là cuộn kháng cân bằng và san bằng.
* Tổng giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều:

Ixc phải thoả mãn nhỏ hơn 10 % Iđm
LCK =

√

4U

2+ 4 U
2
d1

d2

6 ω .0,9

 LCK  0,193 (H)
Từ đây ta chọn cuộn kháng cân bằng có các thơng số sau:
LCK = 200 (mH)
RCK = 0,48 ()
Từ đó ta tính được: I1 = 0,877 (A); I2 = 0,2 (A)
+ Công suất tác dụng của cuộn kháng san bằng:
P = (I2đm + I12 + I22) RCK = 39 (W)
+ Công suất phản kháng của cuộn kháng:
Q = X1I12 + X2I22 = 56 ( VAR)
+ Công suất biểu kiến của cuộn kháng:

ĐỀ tài THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN tự ĐỘNG CHO hệ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG cơ một CHIỀU XOAY CHIỀU 3 PHA

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về