do an tong hop dien co

Tổng hợp hệ thống điện cơ
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỀ TÀI MÔN HỌC THHTĐC
Số : Đề 9
Họ và tên HS-SV : Lê Võ Hoàng

0841040329

Vũ Văn Hiếu
Khoá :

0841040323

Khoa : Điện

Giáo viên hướng dẫn : Th.s Nguyễn Đăng Toàn
NỘI DUNG

Xây dựng mạch điều chỉnh tốc độ cho hệ truyền động điện động cơ DC có
đảo chiều có một mạch vòng điều chỉnh tốc độ với bộ biến đổi là chỉnh lưu
thyristor tia ba pha
Thông số động cơ 1 chiều kích từ độc lập Π-71 có các số liệu sau: Pđm= 19kW;
Uưđm = 400V; Iđm = 55A; nđm=1200 vòng/phút; jĐC= 1 kg.m2 ; Rư = 0,5(Ω); Lư =
0,15(H).
T

T

Tên bản vẽ

Khổ giấy

Số lượng

1
2
3
4
PHẦN VIẾT BÁO CÁO

1. Vẽ và giải thích cấu trúc điều khiển hệ truyền động điện
2. Thiết kế bộ điều chỉnh, từ đó mô phỏng kiểm chứng bằng phần mềm
Matlab/Simulink
3. Tính toán, thiết kế mạch điều chỉnh tốc độ cho hệ truyền động điện
Ngày giao đề : 21/03/2017
BỘ MÔN

Nhóm 6

Ngày hoàn thành : 20/04/2017
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Page 1


Tổng hợp hệ thống điện cơ

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ
MỘT CHIỀU
1.1 Giới thiệu về thyristor
Thyristor hay Chỉnh lưu silic có điều khiển (SCR) là phần tử bán
dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn,ví dụ như P-N-P-N, tạo ra ba lớp tiếp
giáp P-N: J1,J2,J3.
Thyristor có ba cực: anode (A), cathode (K) và cực điều khiển (G)
như được biểu diễn trong hình vẽ. Nó được dùng cho chỉnh lưu dòng
điện có điều khiển.

Hình 1.1 Cấu tạo và ký hiệu của Thyristor
Đặc tính Volt-Ampere
Đặc tính Volt-Ampere của một thyristor gồm hai phần. Phần thứ
nhất nằm trong góc phần tư thứ I của đồ thị Descartes, ứng với
trường hợp điện áp Uak > 0, phần thứ hai nằm trong góc phần tư thứ
III, gọi là đặc tính ngược, tương ứng với trường hợp Uak < 0.
Không có dòng điện vào cực điều khiển (Ig = 0)
Khi dòng điện vào cực điều khiển của thyristor bằng 0, hay khi hở
mạch cực điều khiển, thyristor sẽ cản trở dòng điện ứng với cả hai
trường hợp phân cực điện áp giữa anode và cathode. Khi điện áp
Uak < 0 theo cấu tạo bán dẫn của thyristor hai tiếp giáp J1, J3 đều
phân cực ngược, lớp tiếp giáp J2 phân cực thuận, như vậy thyristor
sẽ giống như hai điốt mắc nối tiếp bị phân cực ngược. Qua thyristor
sẽ chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò. Khi Uak
tăng đạt đến một giá trị điện áp lớn nhất sẽ xảy ra hiện tượng
thyristor bị đánh thủng, dòng điện có thể tăng lên rất lớn. Giống như
ở đoạn đặc tính ngược của điốt quá trình đánh thủng là không thể
đảo ngược được, nghĩa là thyristor đã bị hỏng.

Khi tăng điện áp anode-cathode theo chiều thuận, Uak > 0, lúc
đầu cũng chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng
Nhóm 6

Page 2


Tổng hợp hệ thống điện cơ
rò. Điện trở tương đương mạch anode-cathode vẫn có giá trị rất lớn.
Khi đó tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược. Cho đến
khi Uak tăng đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất sẽ xảy ra hiện
tượng điện trở tương đương mạch anode-cathode đột ngột giảm,
dòng điện có thể chạy qua thyristor và giá trị sẽ chỉ bị giới hạn bởi
điện trở tải ở mạch ngoài. Nếu khi đó dòng qua thyristor có giá trị
lớn hơn một mực dòng tối thiểu, gọi là dòng duy trì, Idt, thì khi đó
thyristor sẽ dẫn dòng trên đường đặc tính thuận, giống như đường
đặc tính thuận của điốt.
Có dòng điện vào cực điều khiển (iG > 0)
Nếu có dòng điều khiển đưa vào giữa cực điều khiển
và cathode thì quá trình chuyển điểm làm việc trên đường đặc tính
thuận sẽ xảy ra sớm hơn, trước khi điện áp thuận đạt giá trị lớn nhất.
Nói chung nếu dòng điều khiển lớn hơn thì điểm chuyển đặc tính làm
việc sẽ xảy ra với Uak nhỏ hơn.
Mở,khóa thyristor
Khi được phân cực thuận, Uak>0, thyristor có thể mở bằng hai
cách. Thứ nhất, có thể tăng điện áp anode-cathode cho đến khi đạt
đến giá trị điện áp thuận lớn nhất, Uth,max.Điện trở tương đương
trong mạch anode-cathode sẽ giảm đột ngột và dòng qua thyristor
sẽ hoàn toàn do mạch ngoài xác định. Phương pháp này trong thực
tế không được áp dụng do nguyên nhân mở không mong muốn và

không phải lúc nào cũng tăng được điện áp đến giá trị Uth,max.
Hơn nữa như vậy xảy ra trường hợp thyristor tự mở ra dưới tác dụng
của các xung điện áp tại một thời điểm ngẫu nhiên, không định
trước.
Phương pháp thứ hai, được áp dụng trong thực tế, là đưa một
xung dòng điện có giá trị nhất định vào các cực điều khiển
và cathode. Xung dòng điện điều khiển sẽ chuyển trạng thái của
thyristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp ở mức điện áp anodecathode nhỏ. Khi đó nếu dòng qua anode-cathode lớn hơn một giá trị
nhất định gọi là dòng duy trì (Idt) thyristor sẽ tiếp tục ở trong trạng
thái mở dẫn dòng mà không cần đến sự tồn tại của xung dòng điều
khiển. Điều này nghĩa là có thể điều khiển mở các thyristor bằng các
xung dòng có độ rộng xung nhất định, do đó công suất của mạch
điều khiển có thể là rất nhỏ, so với công suất của mạch lực mà
thyristor là một phần tử đóng cắt, khống chế dòng điện.

Các thông số cơ bản

Nhóm 6

Page 3


Tổng hợp hệ thống điện cơ
Giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua thyristor Iv,tb
Đây là giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua thyristor với
điều kiện nhiệt độ của cấu trúc tinh thể bán dẫn của thyristor không
vượt quá một giá trị nhiệt độ cho phép. Trong thực tế, dòng điện cho
phép chạy qua thyristor còn phụ thuộc vào điều kiện làm mát và môi
trường. Có thể làm mát tự nhiên nhưng hiệu suất không cao, vì thế
với yêu cầu cao hơn người ta làm mát cưỡng bức thyristor bằng quạt

gió hoặc bằng nước, tuy nhiên điều này có thể khiến kích thước thiết
bị tăng đáng kể, dùng cho các thiết bị có công suất lớn. Nói chung
có thể lựa chọn dòng điện theo các điều kiện làm mát như sau
•

Làm mát tự nhiên: dòng sử dụng cho phép tới một phần ba
dòng cho phép Iv,tb.

•

Làm mát cưỡng bức bằng quạt gió: dòng sử dụng cho phép
bằng hai phần ba dòng cho phép Iv,tb.

Làm mát cưỡng bức bằng nước: có thể sử dụng đến 100% dòng
Iv,tb.
Điện áp ngược cho phép lớn nhất Ung,max
Đây là giá trị điện áp ngược lớn nhất cho phép đặt lên thyristor.
Trong các ứng dụng phải đảm bảo rằng tại bất kỳ thời điểm nào điện
áp giữa anode và cathode Uak luôn nhỏ hơn hoặc bằng Ung,max.
Ngoài ra phải đảm bảo một độ dự trữ nhất định về điện áp, nghĩa là
Ung,max phải được chọn ít nhất là bằng 1,2 - 1,5 lần giá trị biên độ
lớn nhất của điện áp.
•

Thời gian phục hồi tính chất khóa của thyristor τ(μs)
Đây là thời gian tối thiểu phải đặt điện áp âm lên
giữa anode và cathode của thyristor sau khi dòng anode-cathode đã
về bằng không trước khi lại có thể có điện áp Uak dương mà
thyristor vẫn khóa. τ là một thông số quan trọng của thyristor.
Thông thường phải đảm bảo thời gian dành cho quá trình khóa phải

bằng 1,5-2 lần τ.
Tốc độ tăng điện áp cho phép dU/dt (V/μs)
Thiristor là một phần tử bán dẫn có điều khiển, có nghĩa là dù
được phân cực thuận (Uak>0) nhưng vẫn phải có tín hiệu điều khiển
thì nó mới cho phép dòng chạy qua. Khi thyristor phân cực thuận,
phần lớn điện áp rơi trên lớp tiếp giáp J2 như hình vẽ.
Lớp tiếp giáp J2 bị phân cực ngược nên độ dày của nó mở ra, tạo ra
vùng không gian nghèo điện tích, cản trở dòng điện chạy qua. Vùng
không gian này có thể coi như một tụ diện có điện dung Cj2. Khi có
Nhóm 6

Page 4


Tổng hợp hệ thống điện cơ
điện áp biến thiên với tốc độ lớn, dòng điện của tụ có thể có giá trị
đáng kể, đóng vai trò như dòng điều khiển. Kết quả là thyristor có
thể mở ra khi chưa có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G.
Tốc độ tăng điện áp là một thông số phân biệt thyristor tần số thấp
với thyristor tần số cao. Ở thyristor tần số thấp, dU/dt vào khoảng
50 đến 200 V/μs còn với các thyristor tần số cao dU/dt có thể lên tới
500 đến 2000 V/μs.
Tốc độ tăng dòng cho phép dI/dt (A/μs)
Khi thyristor bắt đầu mở không phải mọi điểm trên tiết diện tinh thể
bán dẫn của nó đều dẫn dòng đồng đều. Dòng điện sẽ chạy qua bắt
đầu ở một vài điểm, gần với cực điều khiển nhất, sau đó sẽ lan tỏa
dần sang các điểm khác trên toàn bộ tiết diện. Nếu tốc độ tăng dòng
điện quá lớn có thể dẫn tới mật độ dòng điện ở các điểm dẫn ban
đầu quá lớn, sự phát nhiệt cục bộ quá nhanh dẫn đến hỏng cục bộ,
từ đó dẫn đến hỏng toàn bộ tiết diện tinh thể bán dẫn.

Tốc độ tăng dòng cho phép ở các thyristor tần số thấp vào khoảng
50÷100A/μs, với các thyristor tần số cao dI/dt vào khoảng
500÷2000A/μs. Trong các bộ biến đổi phải luôn có các biện pháp
đảm bảo tốc độ tăng dòng dưới giá trị cho phép. Điều này đạt được
nhờ mắc nối tiếp các phần tử bán dẫn với các điện kháng nhỏ, lõi
không khí hoặc đơn giản hơn là các xuyến ferit lồng lên nhau. Các
xuyến ferit rất phổ biến vì cấu tạo đơn giản, dễ thay đổi điện cảm
bằng cách thay đổi số xuyến lồng lên thanh dẫn. Xuyến ferit còn có
tính chất của cuộn cảm bão hòa, khi dòng qua thanh dẫn còn nhỏ
điện kháng sẽ lớn để hạn chế tốc độ tăng dòng. Khi dòng đã lớn ferit
bị bão hòa từ, điện cảm giảm gần như bằng không. Vì vậy cuộn
kháng kiểu này không gây sụt áp trong chế độ dòng định mức chạy
qua dây dẫn.

1.2 Giới thiều về động cơ điện 1 chiều
Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi là
một loại máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy
móc hiện đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng.
Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng
điều chỉnh tốc độ rất tốt, khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả
năng quá tải. Chính vì vậy mà động cơ một chiều được dùng nhiều
trong các nghành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ
như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải,các nghành công nghiệp
hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều...
Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược
điểm nhất định của nó như so với máy điện xoay chiều thì giá thành
Nhóm 6

Page 5

Tổng hợp hệ thống điện cơ
đắt hơn chế tạo và bảo quản cổ góp điện phức tạp hơn (dễ phát sinh
tia lửa điện)... nhưng do những ưu điểm nổi trội của nó nên động cơ
điện một chiều vẫn có một tầm quan trọng nhất định trong sản suất.
1.2.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính:
phần tĩnh và phần động.
1.2.1.1. Phần tĩnh
Đây là đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:
+ Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực
từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm
bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm
ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối.
Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. 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 tẩm sơn cách điện trước khi đặt
trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này
được nối tiếp với nhau.
+ Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên 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 rạo
giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy
nhờ những bulông.
+ Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng
thời làm vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép
dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi
trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.
+ Các bộ phận khác:
- Náp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư

hỏng dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy
điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong
trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang.
- Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ
cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một
lò xo tì chặy 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 chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng
vít cố định lại.
1.2.1.2. Phần quay
Bao gồm những bộ phận chính sau :
+ Lõi sắt: Là phần ứng dùng để dẫn từ. Thường dùng những
tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt
rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá
thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì dặt dây quấn vào.
Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những
lỗ thông gió để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông
gió dọc trục.
Nhóm 6

Page 6


Tổng hợp hệ thống điện cơ
Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành
những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở
thông gió. Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây
quấn và lõi sắt.
Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp
vào trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto.

Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng
lượng rôto.
+ Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra
suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng
thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có
công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy
điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn được
cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.
Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng
nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ
hay bakelit.
+ Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một
chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau
bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục
tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa
vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao
lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các
phiến góp được dễ dàng.
+ Các bộ phận khác:
- Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một
chiều thường chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp máy có lỗ
thông gió. Cánh quạt lắp trên trục máy , khi động cơ quay cánh quạt
hút gió từ ngoài vào động cơ. Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và
dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài 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.
1.2.2 Động cơ một chiều kích từ độc lập
1.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý:

_

+

Uu

I

Đ
C
CKT

Rf
RKT

D

IKT

+
Nhóm 6

UKT
Page 7

_


Tổng hợp hệ thống điện cơ
Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ độc lập
R + Rf

U
ω = u − u
KΦ
( KΦ ) 2
Ta có phương trình đặc tính cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy Có ba thông số ảnh hưởng
đến đặc tính cơ đó là:
- Từ thông động cơ (Φ).
- Điện áp phần ứng (Uư).
- Điện trở phần ứng.
Sau đây ta sẽ lần lượt đi xét những ảnh hưởng của từng tham số
đó:
1.2.2.2 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng :
Giả thiết : Uư=Uđm=const
Φ = Φđm=const
Khi ta đổi điện trở mạch phần ứng ta có tốc độ không tải lý
tưởng:
U dm
= Const
KΦ dm

ω0 =
Độ cứng đặc tính cơ:

β=

∆M
( KΦ ) 2
=−
= Var

∆ω
Ru + R f

β

Khi Rf càng lớn,
càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng
với Rf = 0
Ta có đặc tính cơ tự nhiên:
( KΦ ) 2
Ru

βtn = βtn 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 thay đổi điện
trở phụ Rf ta được một họ đặc tính biến trở có dạng như hình 1.4.
Ứng với một phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ
càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch
cũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để
hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ
bản.

Nhóm 6

Page 8


Tổng hợp hệ thống điện cơ

Hình 1.3: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập
khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

1.2.2.3 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:
Giả thiết : Φ = Φdm = const
Rư = const
Khi thay đổi điện áp phần ứng : Uưω0 x =

Tốc độ không tải lý tưởng :

Ux
= Var
KΦ dm

( KΦ ) 2
= Const
Ru

Độ cứng đặc tính cơ : βox =
Như vậy khi ta thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta
được một họ đặc tính cơ song song đặc tính cơ tự nhiên (hình 1.5).
Ta thấy khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mô men ngắn mạch, dòng
điện ngắn mạch của động cơ giảm ứng với phụ tải nhất định. Do đó
phương pháp này cũng có thể sử dụng để điều chỉnh tốc độ và hạn
chế dòng điện khởi động.

Hình 1.4: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập
khi giảm áp đặt vào phần ứng động cơ
1.2.2.4 Ảnh hưởng của từ thông:
Giả thiết : Uư = Uđm = const
Rư = const
Khi ta thay đổi từ thông tức là ta thay đổi dòng kích từ (I kt) động

cơ.
Nhóm 6

Page 9


Tổng hợp hệ thống điện cơ
ω0 x =

Tốc độ không tải lý tưởng:
β =−

U dm
= var
KΦ x

( Kφ x ) 2
= var
Ru

Độ cứng đặc tính cơ:
Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ
ω0 x
β
thông. Nên khi từ thông giảm thì
tăng, còn
sẽ giảm. Ta có một
ω0 x
họ đặc tính cơ với
tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi

giảm từ thông.

Hình1.5:Đặc tính cơ điện (a)và đặc tính cơ (b)khi thay đổi từ
thông
Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:
I nm =

U dm
= Const
RU

Dòng điện ngắn mạch:
Mô men ngắn mạch: Mnm = KΦxInm = var
Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông
được biểu diễn trên hình 1.5.
Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của
động cơ thì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên (Hình 1.5 b)

1.3 Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều
1.3.1 Khái niệm chung về hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ
một chiều
Là bộ chỉnh lưu liên hệ nguồn xoay chiều với tải một chiều, nghĩa là
đổi điện áp xoay chiều của nguồn thành điện áp một chiều trên phụ
tải.
Điện áp một chiều trên tải không được lý tưởng như điện áp của ắc
quy mà có chứa các thành phần xoay chiều cùng với một chiều.
Nhóm 6

Page 10

Tổng hợp hệ thống điện cơ
Đầu ra của các sơ đồ chỉnh lưu được coi là một chiều nhưng thực sự
là điện áp đập mạch. Trị số điện áp một chiều, hiệu áp suất ảnh
hưởng của chúng do nguồn xoay chiều rất khác nhau.
Bộ biến đổi Thyristor với chuyển mạch tự nhiên có điện áp (dòng
điện) ra là 1 chiều là các thiết bị biến nguồn điện xoay chiều 3 pha
thành điện áp 1 chiều điều khiển ngược.
Hoạt động của mạch do nguồn điện xoay chiều quyết định vì nhờ đó
mà có thể thực hiện được các chuyện mạch dòng điện giữa các phần
tử lực.
Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố:
- Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha...
- Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ,
chỉnh lưu hình cầu, chỉnh lưu hình tia...
- Theo sự điều khiển có: Chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có
điều khiển, chỉnh lưu bán điều khiển.
1.3.2 Giới thiệu sơ đồ

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống chỉnh lưu – động cơ một chiều
Trong đó:
+ Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập, thực hiện chức năng biến
năng lượng điện một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu
sản xuất
+ BBĐ: là bộ biến đổi van có điều khiển, thực hiện chức năng biến
năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện một chiều cung
cấp cho động cơ
+ Uđ tín hiệu điện áp đặt
+ FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ
+TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu

+ FX là mạch phát xung
1.3.2.1 Hoạt động của hệ thống
Giả sử ban đầu hệ thống đã được đóng vào lưới với điện áp
thích hợp, lúc này động cơ vẫn chưa làm việc. Khi ta đặt vào hệ
Nhóm 6

Page 11


Tổng hợp hệ thống điện cơ
thống một điện áp đặt Uđ ứng với một tốc độ nào đó của động cơ.
Thông qua khâu TH & KH và mạch FX sẽ suất hiện các xung đưa tới
các chân điều khiển của các van của bộ biến đổi, nếu lúc này nhóm
van nào đó đang được đặt điện áp thuận, van sẽ mở với góc mở α.
Đầu ra của BBĐ có điện áp Ud đặt nên phần ứng động cơ→động cơ
quay với tốc độ ứng với Uđ ban đầu.
Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho
tốc độ động cơ giảm thì qua biểu thức : UĐK = Uđ - ϒn.
khi n giảm →UĐK tăng →α giảm →Ud tăng → n tăng về điểm làm việc
yêu cầu. Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngược
lại. Đây là nguyên lý ổn định tốc độ.
* Đặc tính cơ của hệ thống truyền động:
Chế độ dòng điện liên tục:
Dòng điện chỉnh lưu Id chính là dòng phần ứng.
Dựa vào sơ đồ thay thế (hình 2.2) viết được sơ đồ đặc tính.
E . cos α R + X K
n = do
−
I
K .φ dm

K .φ dm
E . cos α R + X K
n = do
−
M
K .φ dm
( K .φ dm ) 2
( Kφ dm ) 2
β=
R+ XK
Đặc tính cơ có độ cứng
Xk : Đặc trưng cho sụt áp do chuyển mạch giữa các van.
Thay đổi góc điều khiển:
+ Khi α = 0 ÷ π  sđđ chỉnh lưu biến thiên từ Edo đến - Edo và ta được
một họ đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải mặt phẳng toạ
độ [ω , M ] do các van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều.
Các đặc tính cơ của hệ T - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ

bởi thành phần sụt áp ∆U k do hiện tượng chuyển mạch giữa các van
bán dẫn gây nên.

Hình 1.7: Họ đặc tính cơ của hệ
Nhóm 6

Page 12


Tổng hợp hệ thống điện cơ
0≤α ≤

π
2 : Bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu, động cơ có

+ Khi
thể làm việc ở chế độ động cơ nếu sđđ E > 0 và ở chế độ hãm ngược
nếu sđđ E đổi chiều.

π
≤ α ≤ α max
2
: Bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ

+ Khi
thuộc, biến cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều cùng tần số
lưới và trả về lưới điện. Động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh khi
tải có tính thế năng.
Dòng điện trung bình của mạch phần ứng:
I=

E − Ed
R+ XK

Phương trình đặc tính:
E . cos β R + X K
ω = do
+
.I
Kφ dm
Kφ dm
- Chế độ dòng điện gián đoạn:

Trong thực tế tính toán hệ T - Đ chỉ cần xác định biên giới
vùng dòng điện gián đoạn, là đường phân cách giữa vùng dòng điện
liên tục và dòng điện gián đoạn. Trạng thái biên liên tục là trạng thái
mà góc dẫn λ = 2π /p và góc chuyển mạch µ = 0 . Đường biên liên tục
gần là đường elip.
Để giảm độ lớn của trục nhỏ elip, tăng số pha của chỉnh lưu. Tuy
nhiên khi tăng số pha chỉnh lưu sơ đồ sẽ phức tạp.
1.3.2.2 Đánh giá chất lượng của hệ thống
- Ưu điểm:
+ Tốc độ nhanh, không gây tiếng ồn và dễ tự động hoá do các
van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao.
+ Công suất tổn hâo nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ
+ Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa.
- Nhược điểm:
+ Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập
mạch cao, gây đến tổn thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ
thống.
+ Chuyển mạch làm việc khó khăn do đường đặc tính nằm
trong mặt phẳng toạ độ.
+ Trong thành phần của hệ biến đổi có MBA nên hệ số cos ϕ
thấp.
+ Do vai trò chỉ dẫn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế
độ làm việc khó khăn với các hệ thống đảo chiều.
+ Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù
hợp truyền động có tải nhỏ.

Nhóm 6

Page 13

Tổng hợp hệ thống điện cơ

CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU THYRISTOR
HÌNH TIA BA PHA , 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:
Công suất truyền động:
19kw
Tốc độ cực đại và phạm vi điều chỉnh 1200 v/p. D = 20/1
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
Sơ đồ chỉnh lưu Tiristor hình tia 3 pha

ua

u2

ua

uc

ub

θ

θ

IG1
IG2

θ

IG3

θ

ua

ud

uc

ub

θ

α

α

α

α

b)

Hình 2.1: Sơ đồ (a), đồ thị (b) chỉnh lưu Tiristor hình tia 3
pha

Nhóm 6

Page 14


Tổng hợp hệ thống điện cơ
Đồ thị điện áp Ud của mạch chỉnh lưu này thể hiện trên hình
α
2.3b với góc điều khiển =300. Đây là góc đặc biệt.
α ≥ 30 0

+ Nếu
, 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 i d = 0,
và dòng điện qua van luôn kết thúc khi điện áp pha về 0. Đồ thị U d
có dạng ở trên hình 2.4b , theo đó có:
U dα =

2π

1
3
U d (θ )dθ =
∫
2π 0
2π

[

3 2
U 2 1 + cos(α + 30 0 )
2π
3 6
1 + cos(α + 30 0 )
=
U2
2π
3
=

= U d0

π

∫

2U 2 sin θdθ

α

]

1 + cos(α + 30 0 )
3

(2.1)
120°

u

u

u

a

d

b

u

u

u

c

a

d

u

b

u

c

0
30

a)

0

o

b)

30

o

Hình 2.2: Dạng điện áp Ud mạch hình tia 3 pha
α
+ Nếu <300, dạng điện áp Ud ở hình 2.4b. Ta thấy rằng điện
áp Ud luôn lớn hơn 0. Như vậy với tải thuần trở, dòng điện i d sẽ luôn
tồn tại và chạy liên tục qua tải, vì vậy dạng dòng này gọi là dòng
liên tục. Ở đây qui luật điện áp U d 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 van dẫn một khoảng
U dα =

dα

3
2π

α + 300 +1200

∫

α + 300

2U 2 sin θdθ =

2π
3

, do đó:

3 6
U 2 cos α = U d 0 cos α
2π

(2.2)
Như vậy, với mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia, qui luật điện áp U

phụ thuộc vào chế độ dòng: Nếu dòng gián đoạn tuân theo qui
luật (2.1); nếu dòng liên tục lại theo (2.2).
Nguyên lý hoạt động:
Nhóm 6

Page 15

Tổng hợp hệ thống điện cơ
Giả thiết tải : R, L,Eu , chuyển mạch tức thời.
Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:

u1 = U m sin θ

u 2 = U m sin(θ −

2π
)
3

u 3 = U m sin(θ −

4π
)
3

*Nhịp V1: khoảng thời gian từ
kích khởi: T1 mở, khi đó:

θ1 − > θ 2

. Tại

θ1

điện áp đặt lên u1 > 0, có xung

u v1 = 0

u v 2 = u 2 − u1 < 0
u = u − u < 0
3
1
 v3
T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này:
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1 : ud = u1
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: id = Id = i1
+Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2 = i3 = 0
Trong nhịp V1: uV2 từ âm chuyển lên 0, khi uV2 = 0 thì T2 mở, lúc này uV1 = u1 –
u2 = 0 và bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2.
θ2 − > θ3
*Nhịp V2: từ

u v 2 = 0

u v1 = u1 − u 2
u = u − u
3
2
 v3

Lúc này:
T2 mở, T1, T3 đóng.
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: ud = u2
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2:
id = Id = i2

+Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i1 = i3 = 0
Trong nhịp V2: uV3 từ âm chuyển lên 0, khi uV3 = 0 thì T3 mở, lúc này uV2 = u2 –
u3 = 0 và bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3.
θ3 − > θ4
*Nhịp V3: từ

u v 3 = 0

u v1 = u1 − u3
u = u − u
2
3
 v2

Lúc này:
T3 mở, T1, T2 đóng.
Nhóm 6

Page 16


Tổng hợp hệ thống điện cơ
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3: ud = u3
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 3:
id = Id = i3
+Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i1 = i2 = 0
Trong nhịp V3: uV1 từ âm chuyển lên 0, khi uV1 = 0 thì T1 mở, lúc này uV3 = u3 –
u1 = 0 và bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1.
Trong mạch ,dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở dòng điện
id cùng dạng sóng ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện càng trở nên bằng phẳng

hơn ,khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id = Id .
Hệ thống bộ chỉnh lưu - động cơ có đảo chiều
Bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung:
Trong bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung, xung kích được đưa tới cả hai bộ
chỉnh lưu nhưng với góc kích khác nhau, sao cho tổng điện áp DC của hai bộ chỉnh
lưu là zero để không có dòng DC chạy qua móc vòng trong hai bộ chỉnh lưu. Do đó:

Vd 1 + Vd 2 = 0

⇒ Vd 0 cos α 1 + V d 0 cos α 2 = 0

⇒ cos α 1 + cos α 2 = 0

⇒ α 1 + α 2 = 180 0

(1)
Công thức (1) cho thấy khi một bộ chỉnh lưu hoạt động ở chế độ chỉnh lưu, bộ
còn lại hoạt động ở chế độ nghịch lưu. Do hai bộ chỉnh lưu hoạt động ở các chế độ
khác nhau, điện áp tức thời ngõ ra của chúng khác nhau, dẫn đến có dòng cân bằng
xoay chiều chạy vòng trong hai bộ chỉnh lưu. Để giảm dòng cân bằng, cuộn kháng cân
bằng L1 và L2 phải được thêm vào mạch chỉnh lưu như hình vẽ. Như vậy, mặc dù cả
hai bộ chỉnh lưu đều hoạt động, khi động cơ đang làm việc theo một chiều nào đó thì
chỉ có một bộ chỉnh lưu cung cấp dòng cho phần ứng động cơ, còn bộ chỉnh lưu kia
chỉ tải dòng cân bằng.
Quá trình đảo chiều động cơ diễn ra như sau: giả sử ban đầu động cơ hoạt động
theo chiều thuận (góc phần tư thứ nhất) với bộ chỉnh lưu 1 ở chế độ chỉnh lưu. Khi
α1
α2
đảo chiều, góc kích
sẽ được tăng lên và

giảm đi theo quan hệ (1). Sức điện
Vd 1

Vd 2

động E của động cơ sẽ lớn hơn
và
, nên động cơ hoạt động ở chế độ hãm
tái sinh ở góc phần tư thứ hai. Dòng phần ứng lúc này do bộ chỉnh lưu 2 cung cấp. Vì
α2
được giảm dần nên động cơ giảm tố, sau đó tăng tốc theo chiều ngược lại cho đến
khi đạt tốc độ ổn định.

Nhóm 6

Page 17


Tổng hợp hệ thống điện cơ

Hình 2-6
Ưu điểm: Bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung có mạch điều khiển đơn giản hơn
kiểu điều khiển riêng. Dòng điện phần ứng động cơ có thể đảo chiều một cách tự
nhiên, nên hệ thống có độ ổn định tốc độ tốt trong suốt dải làm việc của đặc tính cơ.
Nhược điểm: Việc thêm cuộn kháng cân bằng khiến hệ thống trở nên cồng kềnh,
tăng giá thành, giảm hiệu suất và hệ số công suất. Đáp ứng quá độ trở nên chậm đi do
thời hằng phần ứng tăng thêm.
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 =400 V, nđm =1200v/p, P =19kW
Các thông số cơ bản còn lại của động cơ
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
(Ω )
I udm

Ω

= 0.5(1-0.8).= 0.67 ( )
Lư : điện cảm mạch phần ứng động cơ được tính theo công
thức:
Trong đó :

Nhóm 6

Page 18


Tổng hợp hệ thống điện cơ
Lấy γ = 0,25 là hệ số lấy cho động cơ điện một chiều có

cuộn bù.
Kiể

Pdm (kW )

U dm (V )

19

400

n dm (vg / ph)

u
54,4

1200

2.2.2 Tính chọn công 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 toán các thông số cho nó. Máy biến áp
được chọn theo điều kiện:
+ SđmBA ≥ Stt
+ I1fđm ≥ I1đm
+ I2fđm ≥ I2đm
+ U2fđm ≥ KuKRKαKaUđm
* Điện áp thứ cấp được chọn theo biểu thức:
U2đm ≥ KuKαKRKaUđm
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 K u = 1,05 ÷ 1,1 ,
ta chọn Ku = 1,1.
+ Kα là hệ số kể đến góc điều khiển nhỏ nhất (αmin) nhằm đảm
bảo chắc chắn hệ thống không rơi vào trạng thái lật nhào nghịch
lưu, ta chọn:αmin = 100
⇒ αmax = arc cos(
Có Udmin =
56,7 (V)
Có Ud0 =
U2 =

U d0
Ku

1
D

U d min
2.34.U 2

)

(Udmax + (D-1)IđmRu) =

3 6
U 2 fdm
2π

1

20

(400+ (20-1)59,4.0,65)

= = 467,8 (V)

= = 425 (V)

⇒ αmax = arc cos()
⇒ Kα = 1/cosαmin = 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,

Nhóm 6

Page 19


Tổng hợp hệ thống điện cơ
sụt áp trên dây nối và cuộn kháng, trên các van. K R thường được
chọn : KR = 1,15 ÷ 1,25, ta chọn: KR = 1,15.
Ka là hệ số phụ thuộc sơ đồ chỉnh lưu
U 2 fdm
U 2 fdm
2π
Ka =
=
=
= 0,85
Ud0

3 6
3 6
U 2 fdm
2π
Cuối cùng thay các giá trị hệ số vào ta được:
U2đm ≥ 0,85.1,1.1,015.1,15.400 = 436,5 (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:

3
3
I2đm = Iđm /
= 59,4/
= 34,3 (A)
+ Giá trị hiệu dụng của dòng pha sơ cấp:
I 1đm = (m

2

Iđm )/

3

, với m = U2/U1 = 425/400 = 1,06 là hệ số

biến áp
⇒ I1đm = 101,5 (A)
* Công suất máy biến áp
Dựa vào các số liệu đã tính được ở trên ta chọn máy biến áp có
các số liệu sau:

U1fđm
(V)
400

U2fđm
(V)
425

Sđm
(KVA)
15960

I1đm
(A)
59,4

I2đm
(A)
34,3

2.2.3 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 dòng cân bằng sẽ chạy từ pha có
điện áp tức thời lớn hơn sang pha kia; dòng 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 không tìm cách hạn chế. Vì vậy nhất thiết phải đặt
thêm cuộn kháng cân bằng. Để minh hoạ ta xét α1 = 300, α2 = 1500:

Ud1

t

Ud2

Nhóm 6Ucb

Page 20

t

t


Tổng hợp hệ thống điện cơ

Qua hình vẽ ta thấy rằng: trong khoảng thời gian từ 0 ÷ θ1 dòng
cân bằng chảy từ T5 vào T2. Từ θ2 ÷ θ3 dòng cân bằng chạy từ T 1 vào
T 4.
Chênh lệch điện áp giữa hai bộ biến đổi là:
6

u12 = uT5 - uT2 = uT1- uT4 = ua - ub =
u2sin(ωt + π/6)
Gọi X1 = X2 = X là điện kháng của hai cuộn kháng cân bằng.
Dịch gốc toạ độ theo chiều ωt một góc 1500 điện thì:
6
u12 = u2 sinθ , với θ = ωt
6
u12 = 2X(di/ dωt) ⇔
u2sinθ = 2X (di/dωt)

⇒i = (

6

u2cosωt)/ 2X + C

Khi ωt = θ2 thì icb = 0

6

⇔i=
u2 (cosωt - cosθ2) / 2X
Giá trị trung bình của dòng điện cân bằng:

I cb =

3
2π

θ3

∫

θ2

6u 2
(cos ωt − cos θ 2 )dωt
2α

Lưu ý rằng với gốc mới 0' thì θ2 = - θ3

I cb =

3 6
u 2 (sin θ 2 − θ 2 cos θ 2 )
2πX

Qua giản đồ điện áp ta dễ thấy với α = 600 thì thời gian tồn tại
dòng cân bằng là lớn nhất. Ta cần tính toán giá trị X sao cho I cb ≤ 10
% Iđm.
Với α = 600 thì :
Icb = 0,3424
⇒ L CK1 ≥ 0,3424
Nhóm 6

6

u2 / 2πX
6

u2 / (2πω. 0,1.0,9 )

Page 21


t

Ucb

Tổng hợp hệ thống điện cơ

⇒ LCK1 ≥ 0,123 (H)
Ta chọn cuộn kháng cân bằng có các thông số:
LCK = 123
(mH)
0
RCK = 0,48 (Ω)
2.2.4 Tính chọn cuộn kháng san bằng
Cuộn kháng san bằng có tác dụng lọc thành phần xoay chiều
của dòng điện . Ta biết rằng khi góc mở α = π/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 α này. Để đơn giản ta
bỏ qua ảnh hưởng của cuộn cân bằng.

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

2

Ud =
u2sinωt
Khai triển Furie của điện áp ud ta có:
Ud = b1 sin3ωt + b2sin6ωt + ... + bnsin3nωt
6
bn =
π

π

3

∫U

d

sin 3nωt.dωt

0

n = 1, 2, 3, ...

6
b1 =
π

=

π

3

∫−

2u 2 sin 3ω sin 3nωt.dωt

0

3 2
1
4π 1
2π
u 2 ( sin

− sin
) = −228,06(V )
π
4
3 2
3

Tương tự ta có:

6
b2 =
π

π

3

∫−

2u 2 sin ωt sin 6nωt.dωt = 104,26(V )

0

Trị hiệu dụng của các thành phần xoay chiều:
Nhóm 6

Page 22


Tổng hợp hệ thống điện cơ

Ud1 =  (b1/

2

) = 161,26 (V)

2

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:
U d1
I1 =
3ω ( LCK + LCK 1 )

I2 =

Ud2
6ω ( LCK + LCK 1 )

CK, CK1là cuộn kháng cân bằng và san bằng.
* Tổng giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều:

I xc = I 2d1 + I 2d 2

Ixc

⇒
phải thoả mãn nhỏ hơn 10 % Iđm

2

LCK =

4U d 1 + 4U d 2
6ω.0,9

2

⇒ LCK ≥ 0,193 (H)
Từ đây ta chọn cuộn kháng cân bằng có các thông số sau:
LCK = 200 (mH)
RCK = 0,48 (Ω)
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:

S = P2 + Q2

= 68 (VA)
2.2.5 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực.
Ta biết rằng các tiristo là phần tử rất nhạy với sự biến thiên đột
ngột của điện áp hay dòng điện, đặc trưng cho những hiện tượng
này là gia tốc dòng điện và điện áp di/ dt và du/dt. Các nguyên nhân
gây ra những hiện tượng này bao gồm:
+ Quá gia tốc dòng, áp do quá trình chuyển mạch.
+ Quá gia tốc dòng, áp do cộng hưởng.

+ Quá gia tốc dòng, do cắt máy biến áp ở chế độ không tải hay
tải nhỏ
Để bảo vệ an toàn cho các van trước những tác nhân nêu trên
ta dùng các phần tử R-C mắc song song với các tiristo như hình vẽ
R
C
Trị số của R, C có thể tra theo các đường
cong được xây dựng bằng máy tính.
Nhóm 6

Page 23

T


Tổng hợp hệ thống điện cơ
các quan hệ Ua /Up;

G=

b
; H = ω0 × Uk
ω0
F=

L
C vì b =

I×

R
2× L

Uk
phụ thuộc vào
L : Là điện cảm quy đổi của toàn bộ mạch,tra đường cong ta
được
C = 0,346 µF và R = 3,9 KΩ
2.3 Thuyết minh sơ đồ nguyên lý mạch lực hệ truyền động
2.3.1 Sơ đồ
a

B

C

ab

*

*

*

MBA

R

C

*

*
k

*
k

R

C

k

T1

T4

T3

T6

T5

T2

CB1

Ð

ckt

CB2

ck

Hình 2.5 Sơ đồ mạch động lực
2.3.2 Nguyên lý làm việc của mạch động lực
Ban đầu đưa hệ thống vào làm việc, ta đóng áptômát AB hệ
thống được cấp nguồn. Tuy nhiên lúc này động cơ chưa làm việc.
Giả sử BBĐ1(gồm các van: T1, T2, T3) khi làm việc ở chế độ
chỉnh lưu thì động cơ quay thuận; BBĐ2 (gồm các van: T4, T5, T6)
khi làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì động cơ quay ngược. Khi ta phát
xung đến mở cho các van ở BBĐ1 với góc mở α1 < 900 và BBĐ2 với
góc mở α2 > 900 với quan hệ góc mở: α1 + α2 = 1800
Lúc này ở đầu ra của hai BBĐ có điện áp ra là: u d1 và ud2
Nhóm 6

Page 24


Tổng hợp hệ thống điện cơ
ud1 = Ud0cosα1
ud2 = Ud0 cosα2
Điện áp đặt nên động cơ là ud , điện áp cân bằng là điện áp
giữa hai điểm N- M,
u d = uk - 0
ucb = ud1 + ud2 = ud1 - ( - ud2 )
u
u + ud 2

u d = u d 1 − cb = u d 1 − ( d 1
)
2
2
⇒ ud =

ud1 − ud 2
2

Điện áp ud đặt nên phần ứng động cơ và động cơ sẽ quay
thuận. Ta có giản đồ điện áp ud, ud1, ud2, ucb, icb và dòng qua các van
như hình vẽ (trên hình vẽ α1= 300 , α2 = 1500) . Ta thấy rằng do tồn
tại điện áp ucb mà sinh ra dòng điện icb và như vậy dòng qua các van
ngoài thành phần dòng I d qua động cơ còn dòng i cb. Dòng icb chỉ chạy
quẩn giữa hai BBĐ, do điện trở thuận của các van nhỏ nên với một
ucb nhỏ cũng sinh ra dòng icb có biên độ lớn có nguy cơ phá hỏng các
van, vì vậy phải có biện pháp hạn chế dòng i cb này. Trong sơ đồ sử
dụng hai cuộn kháng CK1 và CK2 có Lk lớn để đảm bảo Icb ≤ 10% Id.
Như ta biết rằng cuộn kháng có Rk nhỏ Lk lớn và dòng cân bằng
là dòng đập mạch. Như vậy cuộn kháng dễ dàng cho thành phần
dòng một chiều Id đi qua và cản hiệu quả dòng đập mạch icb.
Cuộn kháng CK có nhiệm vụ san phẳng dòng điện tải I d.

Nhóm 6

Page 25