Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị bán dẫn công suất trong mạch bảo vệ động cơ p5 doc

Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46


41
Đợc dùng để điều khiển các triac công suất
Chỉ có một điện trở han dòng cho phototriac Hình 1.38


Hình 1.38: Photriac dùng để điều khiển triac công suất
Với bộ lọc RC để chống nhiễu dV/dt và các xung điện cao tần.
Hình 1.39

Hình 1.39: Phototriac dùng thêm bộ lọc RC
Varistor bảo vệ phototriac không bị các xung điện quá cao làm hỏng
khi triac làm việc với dòng điện và điện áp cao. Hình 1.40


Hình 1.40: Phototriac dùng varistor chống xung điện quá cao

Ta có bảng so sánh đặc tính các linh kiện ghép tín hiệu
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46


42
(Signal Coupling Devices)
Linh kiện
u điểm Khuyết điểm
Bộ
ghép
quang
- Kinh tế, rẻ tiền

- Có thể chế tạo với vật liệu bán
dẫn
- Làm việc với cả tín hiệu 1
chiều và xoay chiều ở tần số cao
- Cách điện tốt đến vài KV
- Tổng trở cách điện cao
- Kích thớc nhỏ (Dip)
- Không có công tắc nên không
bị nảy
- Công suất tiêu thụ ít
- Khi ngắt điện hay dẫn điện
đều có một điện trở giới hạn
(điện trở không thể bằng 0
hay
)
- Dòng điện khi dẫn điện và
dòng điện khi ngắt điện đều
có trị số giới hạn
- Hệ số truyền đạt thấp
Rơ le - Làm việc với công suất lớn
- Khi dẫn điện có điện trở rất
thấp
- Có thể truyền tín hiệu một
chiều
- Cách điện tốt
- Đắt tiền vì má rơle làm
bằng kim loại quý
- Công suất tiêu thụ cao
- Vật tốc làm việc rất chậm
- Kích thớc lớn

Biến
thế
xung
- Truyền tín hiệu với vận tốc cao
- Kích thớc trung bình
- Có hệ số truyền đạt tốt
- Không thể truyền tín hiệu
một chiều hay xoay chiều ở
tần số thấp.
- Đế cách điện (có tổng trở
cao ) nên rất đắt tiền
IC phát
và nhận
tín hiệu
đờng
dài
- Có thể chế tạo với vật liệu bán
dẫn, Kích thớc bé
- Truyền tin với vận tốc cao
- Có thể truyền tín hiệu DC rẻ
tiền
- Tổng trở cách điện bé
- Điện thế đánh thủng rất
thấp dới 30 KV

Bảng 8: Một số bộ ghép quang dùng opto- triac
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46


43

Ký hiÖu Tªn bé ghÐp
quang
§iÖn ¸p
®Çu ra
(V)
Dßng ®iÖn
®Çu ra
(mA)
dv/dt
(V/
μs)
MOC3009
MOC3010
MOC3011
MOC3012

TIL3009
TIL3010
TIL3011
TIL3012

MOC3020
MOC3021
TIL3020
TIL3021
7500V PX
7500V PX
7500V PX
7500V PX

3535V PX
3535V PX
3535V PX
3535V PX

7500V PX
7500V PX
3535V PX
3535V PX
250
250
250
250

250
250
250
250

400
400
400
400
40
45
50
55

30

35
40
45

50
55
50
55
42
42
42
42

42
42
42
42

42
42
42
42




Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46


44

Chơng 2
Giới thiệu về mạch điện xoay chiều ba pha và động cơ ba pha
2.1 Mạch điện ba pha
2.1.1 Dòng điện sin
Dòng điện sin là dòng điện xoay chiều biến đổi theo quy luật hàm sin
của thời gian.
Biểu thức dòng điện và điện áp:
i= I
max
sin(t +
i
) (2-1)
u= U
max
sin(t +
u
)
Trong đó i, u là trị số tức thời của dòng điện và điện áp.
I
max
, U
max
Trị số cực đại biên độ của dòng điện, điện áp.
(t +
i
), (t +
u
): là góc pha gọi tắt là pha của dòng điện, điện áp.
Pha xác đinh trị số và chiều của dòng điện, điện áp ở thời điểm t.

i
,
u
Pha ban đầu của dòng điện và điện áp. Pha đầu là pha ở thời
điểm t=0. Phụ thuộc vào chọn toạ độ thời gian, pha đầu có thể bằng không âm
hoặc dơng.
Tần số góc của dòng điện sin, đơn vị là rad/s.
Chu kì T của dòng điên là khoảng thời gian ngắn nhất để dòng điện lặp
lại trị số và chiều biến thiên, nghĩa là trong khoảng thời gian T góc pha biến
đổi một lợng: T = 2.
Số chu kì của dòng điện trong một giây gọi là tần số f.
= 2f (2- 2)
2.1.2 Mạch điện ba pha
Mạch điện ba pha bao gồm nguồn điện ba pha, đờng dây truyền tải và
các phụ tải ba pha.
Để tạo ra nguồn điện ba pha ta dùng máy phát điện đồng bộ ba pha. Có
cấu tạo gồm hai phần: Phần tĩnh (còn gọi là stato) gồm có lõi thép xẻ rãnh,
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46


45
trong các rãnh đặt 3 dây quấn AX, BY, CZ có cung số vòng dây và lệch nhau
một góc 120
0
trong không gian. Mỗi dây quấn đợc gọi là một pha.
Phần quay (còn gọi là roto) là nam châm điện N- S.
Nguyên lý làm việc nh sau: Khi quay rôto, từ trờng sẽ lần lợt quét các dây
quấn stato, và cảm ứng vào dây quấn stato các sức điện động sin cùng biên độ,
cùng tần số và lệch pha nhau một góc 120
0

.
Nếu chọn pha đầu của sức điện e
A
của dây quấn AX bằng không thì
biểu thức sức điện động của các pha lần lợt là:
Pha A: e
A
= 2 Esint
Pha B: e
B
= 2 Esin(t -
2
3

) (2- 3)
Pha C: e
C
=
2
Esin(t +
2
3

)
Nguồn điện gồm ba sức điện động sin cùng biên độ, cùng tần số, lệch
nhau về pha
2
3

gọi là nguồn ba pha đối xứng.

Hình 2.1: Trị số tức thời sức điện động ba pha
2.2 Động cơ ba pha
2.2.1 Khái quát về động cơ không đồng bộ
+ Cấu tạo và đặc điểm.
- Cấu tạo
Phần tĩnh (Stato): gồm vỏ máy, lõi sắt và dây quấn.
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46


46
* Vỏ máy: thờng làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (trên
1000kW), thờng dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng bảo vệ
và cố định các chi tiết máy.
* Lõi thép: Đợc làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày từ 0.35mm đến 0.5
mm ghép lại với nhau. Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trờng đi qua lõi sắt là từ
trờng xoay chiều, nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá
thép kỹ thuật điện đều có phủ lớp sơn cách điện. Mặt trong của lõi thép có xẻ
rãnh để đặt dây quấn.
* Dây quấn: Dây quấn đợc đặt vào trong rãnh của lõi sắt và cách điện với lõi
sắt nhờ giấy cách điện. Dây quấn stato gồm ba cuốn đặt lệch nhau 120
0
điện.
Phần quay (Rôto)
* Trục: Làm bằng thép, dùng để đỡ lõi sắt roto.
* Lõi sắt: Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống nh ở phần stato. Lõi thếp
đợc ép trực tiếp lên trục. Bên ngoài lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
* Dây quấn gồm hai loại: loại rôto dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc.
Loại rôto kiểu dây quấn: Dây quấn rôto giống dây quấn ở stato và có số
cực bằng số cực stato. Các động cơ công suất trun trở lên thờng dùng dây

quấn kiểu sóng hai lớp để giảm đợc những đầu nối dây và kết cấu dây quấn
đợc chặt chẽ hơn. Các động cơ công suất nhỏ thờng dùng dây quấn đồng
tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rôto thờng đấu hình sao (Y). Ba đầu kia
nối vào ba vòng trợt bằng đồng đặt cố định ở đầu trục. Thông qua chổi than
và vòng trợt, đa điện trở phụ vào mạch rôto nhằm cải thiện tính năng mở
máy và điều chỉnh tốc độ.
Loại rôto kiểu lòng sóc: Loại dây quấn này khác với dây quấn stato.
Mỗi rãnh của lõi sắt đợc đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm và
đợc nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch làm bằng đồng hoặc
nhôm, hình thành một cái lồng, ngời đó gọi là lồng sóc.
Dây quấn rôto kiểu lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt.
* Khe hở: Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0.2mm
ữ1mm).
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46


47
- Đặc điểm của động cơ không đồng bộ ba pha
* Cấu tạo đơn giản.
* Đấu trực tiếp vào lới điện xoay chiều ba pha.
* Tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ từ trờng quay của stato n< n
1
.
Trong đó: n Tốc độ quay của rôto.
n
1
Tốc độ quay từ trờng quay của stato (tốc độ đồng bộ của
động cơ)
+ Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ
Khi nối dây quấn stato vào lới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ

sẽ sinh ra một từ trờng quay. Từ trờng này sẽ quét qua các thanh dẫn rôto,
làm cảm ứng lên dây quấn rôto một sức điện động E
2
sẽ sinh ra dòng điện I
2

chạy trong dây quấn. Chiều của sức điện động và chiều của dòng điện đợc
xác định theo quy luật bàn tay phải.





Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ
Chiều dòng điện ở nửa phía trên rôto hớng từ trong ra ngoài, còn chiều
dòng điện của các thanh dẫn ở nửa phía dới của rôto hớng từ ngoài vào
trong.
Dòng điện I
2
tác động tơng hỗ với từ trờng stato tạo ra lực điện từ trên
dây dẫn rôto và mômen quay làm cho rôto quay với tốc độ n theo chiều từ
trờng quay.
Tốc độ quay của rôto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trờng quay stato n
1
.
có sự chuyển động tơng đối giữa rôto và từ trờng quay stato duy trì đợc
dòng điện I
2
và mômen M. Vì tốc độ của rôto khác với tốc độ của từ trờng
quay stato nên gọi là động cơ không đồng bộ.

M n
1
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46


48
Đặc trng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số trợt:

1
1
nn
S
n

=
(2 -4)
Trong đó:
n là tốc độ quay của rôto
f
1
là tần số của dòng điện lới.
P số đôi cực.
n
1
tốc độ quay của từ trờng quay

1
1
60
f

n
p
=
(2- 5)
Khi tần số của mạng điện thay đổi thì n
1
thay đổi làm cho n thay đổi
theo. Khi mở máy thì n= 0 và S= 1 gọi là độ trợt mở máy.
Dòng điện trong dây quấn và từ trờng quay tác dụng lực tơng hỗ lên
nhau khi rôto chịu tác dụng của momen M thì từ trờng quay cũng chịu tác
dụng của mômen M theo chiều ngợc lại. Muốn cho từ trờng quay với tốc độ
n
1
thì nó phải nhận một công suất đa vào gọi là công suất điện từ.

12

60
n

==ủt 1PM M

(2 6)


Khi đó công suất điện đa vào:

1
3cosPUI

=
(2- 7)
Ngoài thành phần công suất điện từ còn có tổn hao trên điện trở dây
quấn stato.

P
d1
= 3r
1
2
I
1
2
(2- 8)
Tổn hao sắt:
st
P
P=
(2- 9)
Công suất cơ ở trục là:

,
2
2
60
n
PM M


==

(2- 10)

Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46


49
Công suất cơ nhỏ hơn công suất điện từ vì còn tổn hao trên dây quấn rôto:
P
2
= P
đt
- P
d2
(2-11)

P
d2
= m
2
I
2
r
2
(2- 12)
Trong đó:
m
2
số pha của dây quấn rôto.
Vì P
2

< p
đt
do đó n < n
1
công suất cơ của P
2
đa ra nhỏ hơn P
2
,
vì còn tổn
hao do ma sát trên trục động cơ và tổn hao và tổn hao phụ khác:
'
22 cf
P
PPP
=
=
(2- 13)
Hiệu suất của động cơ:
2
1
P
P

=
= (0,8ữ 0,9) (2- 14)
+ Các đại lợng và phơng trình cơ bản của động cơ không đồng bộ
- Các đại lợng
Hệ số trợt:
Để biểu thị mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của rôto n và tốc độ của

từ trờng quay stato n
1.
ta có :
1
1
nn
s
n

=
(2- 15)
Hay tính theo phần trăm:

1
1
100%
nn
s
n

=
(2- 16)


Xét về mặt lý thuyết giá trị S sẽ biến thiên từ 0 đến 1 hoặc từ 0 đến 100
o
/
o

Trong đó:

=
1
1
60f
n
p
(2- 17)
n= n
1
(1- s) (2- 18)
Sức điện động của mạch rôto lúc đứng yên:

2222
4,44
m
EKfW

=
(2- 19)

Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46


50
Trong đó:


m
Trị số cực đại của từ thông trong mạch
K

2
là hệ số dây quấn rôto của động cơ.
f
2
Tần số xác định ở tốc độ biến đổi của từ thông quay qua cuộn dây, vì
rôto đứng yên nên:

1
2
60
pn
f =
(2- 20)
f
2
bằng với tần số dòng điện đa vào f
1

-Khi roto quay:
Tần số trong dây quấn rôto:
111
2
1
60 60
s
nn nnnp
fp
n

==
(2- 20)
Vậy
f
2s
= s.f
1
(2 -22)
Sức điện động trên dây quấn rôto lúc đó là:
E
2s
= 4,44f
2s
W
2
K
2

m
(2- 23)
Với
f
2s
= s.f
1
thế vào (2- 20)
Ta đợc:
E
2s
= 4,44f

1
W
2
K
2

m
s (2- 24)
+ u nhợc điểm của động cơ không đồng bộ ba pha
- u điểm
Trong công nghiệp hiện nay phần lớn đều sử dụng động cơ không đồng
bộ ba pha. Vì nó tiện lợi hơn, với cấu tạo mẫu mã đơn giản, giá thành hạ so
với động cơ một chiều
Ngoài ra động cơ không đồng bộ ba pha dùng trực tiếp với lới điện
xoay chiều ba pha, không phải tốn kém thêm các bộ biến đổi. Vận hành tin
cậy, giảm chi phí vận hành, bảo trì sửa chữa.

- Nhợc điểm