123doc dieu chinh toc do dong co dc dung chinh luu cau 3 pha doi xung

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI:

ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
DC DÙNG CHỈNH LƯU CẦU 3
PHA ĐỐI XỨNG

CBHD: ThS. Trần Quang Thọ

Lớp: 17642BTH2
Thành phố Hồ Chí Minh - tháng 6 năm 2018


Truyền động điện

GVHD: ThS. Trần Quang Thọ
MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................... Trang 2
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN....................................... Trang 3
1.TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA .………….............. Trang 4
1.1.Tổng quan về bộ chỉnh lưu THYRISTOR hình cầu 3 pha........ Trang 4
1.2.Chỉnh lưu THYRISTOR cầu 3 pha……................................... Trang 5
2. PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ DC KTĐL .................. Trang 5

2.1.Phương trình đặc tính cơ........................................................... Trang 5
2.2.Ảnh hưởng của các thơng số điện đối với đặc tính cơ.............. Trang 8

2.2.1.Trường hợp thay đổi điện áp phần ứng ........................... Trang 8
2.2.2.Trường hợp thay đổi điện trở mạch phần ứng.................. Trang 9
2.2.3.Trường hợp thay đổi từ thơng kích từ .............................. Trang 11
3.BÀI TẬP MINH HỌA............................................................................ Trang 12

Trang 2


LỜI NÓI ĐẦU

Chúng em xin cảm ơn thầy Trần Quang Thọ là người trực tiếp hướng
dẫn, giúp đỡ và chỉ bảo chúng em trong đồ án truyền động điện này. Thầy đã
giúp chúng em giải quyết những vấn đề nảy sinh trong q trình làm chun
đề thực tế và hồn thành đề tài đúng thời gian quy định ban đầu. Đặc biệt là
học hỏi những kinh nghiệm và phong cách làm việc chuyên nghiệp của thầy
để chúng em áp dụng sau này.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô khoa Điện – Điện tử của
trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, đã tận tình giảng dạy
truyền đạt cho chúng em những kiến thức về chun ngành nói chung và bộ
mơn truyền động điện nói riêng. Đó là những kiến thức vơ cùng q báu mà
chúng em đã học được trong thời gian qua.
Một lần nữa chúng em xin gửi lời biết ơn sâu sắc nhất đến quý thầy cô
đã giúp đỡ chúng em đã hồn thành chun đề thực tế này.
Kính chúc q thầy cô dồi dào sức khỏe.


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................


.....................................................................................................................................

I: GIỚI THIỆU.

Sự bùng nổ của tiến bộ khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực điện, điện tử, tin
học trong những năm gần đây đã ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết thực tiển và
ứng dụng rộng rải có hiểu quả cao trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Đặt biệt là
lĩnh vực điều khiển tự động và các dây truyền khép kín ra đời trong đó có lĩnh vực
điều khiển động cơ điện. Điền khiển động cơ điện một chiều là lĩnh vực không mới
và được ứng dụng rất nhiều trong thực tế như công nghiệp sản xuất, có khá nhiều
các phương pháp điều khiển. trong giới hạn đồ án môn học vận dụng các linh kiện
điện tử đơn giản và các phương pháp điều khiển được học. Chúng em tiến hành
nghiên cứu đề tài về ‘ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG BỘ CHỈNH
LƯU CẦU 3 PHA’.


II: TỔNG QUAN CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG.
II.1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ.
II.1.1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.

2. TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU THYRISTOR HÌNH CẦU 3 PHA.
2.1.

Giới thiệu THYRISTOR.

THYRISTOR là linh kiện 4 lớp bán dẫn P1 – N1 – P2 – N2 liên tiếp tạo
nên 3 cực: anot A, Catot K và cực điều khiển G (gaet) tại 3 vị trí tiếp xúc
nhau của các lớp P1 - N1 – P2 – N2 – P2 tạo nên các lớp tiếp giáp J1,J2,J3.
Về lý thuyết có hai loại thyristor:
-

Thyristor kiểu N hay thyristor có cực điều khiển G nói với vùng N
gần anot.

HÌNH 1.1: THYRISTOR
-

Thyristor kiểu P hay Thyristor có cực G nói với vùng P gần catot.

-

Hoạt động của Thyristor :

-

Thyristor làm với ba trạng thái : Đóng – mở - khóa
UBP: điện áp ngược đánh thủng.
UBO: điện áp tự mở của Thyristor.


UTO: điện áp rơi trên thyristor.
IL latching
IH dịng duy trì.

HÌNH 1.2. Sơ đồ dặt tính làm việc của Thyristor
 Thyristor khóa nếu UAK < 0 và sẻ vẩn tháo nếu ta cho UAK > 0.
 Thyristor chuyển qua trạng thái từ khóa sang dần nếu đồng thời đảo bảo

2 điều kiện: UAK > 0 và có dịng điều khiển IG đủ mạnh ( về cả công suất
và thời gian). Khi thyristor đã dẩn nếu ngắt dòng điều khiển đi ( I C = 0)


nó sẻ vẩn dẩn chừng nào dịng điện qua nó lớn hơn một giá trị gọi là

dịng duy trì.
-

Trong thật tế người ta sử dụng THYRISTOR kiểu N nhiều hơn.

2.2.

Chỉnh lưu Thyristor cầu 3 pha.

2.2.1. Sơ đồ chỉnh lưu cầu Thyristor cầu 3 pha.

Hình 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha.


Hình 2.3 Dang sóng chỉnh lưu cầu 3 pha.
2.2.2 Các tham số chính của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha.
-

Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu.

Khi = 0 thì Ud0 = 2,34.U2
-

Trỉ số trung bìnhdịng điện qua van:

-

Điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu khi làm việc:

-

Công suất tính tốn mạch MBA nguồn: Sba = 1,05Pd

-

Hệ số mạch cảu điện áp chỉnh lưu Kđm = 0,057 sơ đồ chỉnh lưu 3 pha( H
gồm 6 Thyristor chia thành hai nhóm)
+ Nhóm catot chung: T1,T3,T5


+ Nhóm anot chung: T2,T4,T6
-

Điện áp pha:
= . Sin
= Sin (--- -----)
=. Sin (---- ---)
Gó mở α được tính từ giao điểm của các nữa hình sin ( hay thời gian

chuyển mạch tự nhiên).
-

Hoạt động của hồ sơ
Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua VF = U2C , VG = U2B khi = θ =
+ - cho xung điều khiển mơ T1. Thyristor mở vì U2a >0. Sự mở của T1
lamfcho T5 bị khóa lại một cách tự nhiên và U2a > U2c, lúc này T6 và T1
cho dòng chạy qua. Điện áp trên tải Ud = Uab = U2a = U2b.
Khi = θ = - + cho xung điều khiển mở T2. Thyristor này mở là khi T6 này
dẫn dịng, nó đặt U2b trên catot T2 mà U2b > U2c. sự mở đầu của T2 làm
cho T6 bị khóa lại một cách tự nhiên U2b > U2c .

Các xung điều khiển lệch nhau được lần lược đưa đến cực điều khiển của
các thyristor theo thứ tự 1,2,,3,4,5,6,1,2,…….
Trong mỗi nhóm khi 1 thyristor mở nó sẻ khóa nay thyristor dẫn dịng
trước nó.
Tóm tắc bảng:

Giá trị trung bình điện áp:


 Nhận xét: chỉnh lưu Thyristor cầu 3 pha là loại được sử dụng nhiều nhất

trong thật tế vì có nhiều ưu điểm hơn cả. Nó cho phép đấu thẳng vào lưới
điện 3 pha, độ đập mạnh rất nhỏ( 5%).
Nếu có dùng biến áp thì dây lưới điện ít hơn các lạo trên, đồng thời công
suất MBA cũng sắp sỉ bằng cơng suất tải. cơng suất mạch chỉnh lưu có
thể rất lớn lên tới hàng trăm kw.
Nhược điểm của nó là sụt áp trong mạch van gắp đôi sơ đồ hình tia nên
khơng phụ hợp với điện áp tải ra dưới 10v.
2.2.3 Hiện tượng trùng dẫn
Giả sử T1, T2 đang dẫn dòng. Khi θ = θ1 cho xung điều khiển mở T3, do Lc ≠
0 nên iT3 không thể tăng đột ngột từ 0 Id và dịng iT1 cũng khơng thể giảm
đột ngột từ Id  0. Cả 3 Thyristor T1,T3,T5 đều dẫn dòng, hai nguồn ea vad eb
ngắn mạch.
Nếu chuyển góc tọa độ từ 0 đến θ1 ta có:
ea = .U2.sin( θ + + α )

(2.2)

eb= .U2.sin( θ + + α)

(2.3)

Điện ngắn mạch Uc = Ub - Ua = .U2. Sin ( θ + α)
Dòng điện ngắn mạch ic được xác định bởi phương trình:
Uc = . U2.sin( θ + α) = 2Xc. ; ic =.( cosα – cos( θ + α) ;

(2.5)

Dòng điện chạy trong T1 là iT1 = Td - Ic
Dòng điện chạy trong T3 là iT3 = ic
Giả thiết quá trình trùng dẫn kết thúc khi θ = θ2 và kí hiệu µ = θ2 – θ1 là góc trùng
dẫn.
Khi θ = µ, iT1 =0, ta có biểu thức sau:
Cosα – cos(µ + α) =

(2.6)

Hình dạng điện áp tải Ud trong giai doạn trùng dẫn và trong khoảng θ1  θ2. T2 dẫn
dòng, T1, T3 trùng dẫn dịng. Vậy có thể viết các phương trình như sau:


ea – ec – 2Lc = Ud
cb – cc- 2Lc. = Ud

(2.7)
(2.8)

iT3 + iT1 = Id = const
Từ 3 phương trình ta rút ra: Ud = - cc

(2.9)
(2.10)

Do trùng dẫn ( Lc ≠ 0) nên trị trung bình của điện áp tải bị giảm đi một ∆Uµ, và
được xác định như sau:
∆Uµ = dθ = . Sin (θ + α)dθ
= [ cosα – cos( µ + α)]
Từ đó ta có thể xác định được: ∆Uµ = ;

(2.11)
(2.12)

2.2.4. Nghịch lưu phụ thuộc.
Ta có ở chế độ chỉnh lưu dịng điện trung bình trên tải Id và điện áp trung bình Ud
ln cùng chiều. Công suất tiêu thụ trên tải P = Ud. Id luôn dương và chiều của công
suất luôn từ phía nguồn xoay chieuf chuyển qua tải một chiều, ta nối bộ biến đổi
làm việc ở chế độ chỉnh lưu.




NỘI DUNG
1. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ MỘT

CHIỀU KTDL
Máy điện một chiều được sử dụng phổ biến nhờ vào việc sử dụng và điều khiển
đơn giản,mơ men khởi động lớn. Ngồi ra cịn do giá thành của các thiết bị điều
khiển ngày càng rẻ nhờ vào công nghệ chế tạo ngày càng phát triển.
1.1 Cấu tạo:

Gồm có stator và rotor. Stator là lõi thép ghép từ các lá thép kỹ thuật điện bên
trong có xẻ rảnh để đặt dây quấn kích từ. Rotor là lõi thép ghép từ các lá thép kỹ
thuật điện bên ngoài có xẻ rảnh để đặt dây quấn phần ứng. Nguồn điện một
chiều cấp cho phần ứng thông qua hệ thống chơi than và cổ góp

a) Chổi than

b) Stator


c) Rotor
Hình 1: Các bộ phận chính của động cơ một chiều


1.2 Nguyên lý hoạt động:

Là một thiết bị điện từ quay, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ để biến
đổi điện năng một chiều thành cơ năng trên trục động cơ điện.

2. PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

KTDL:
Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mô men của
động cơ được thể hiện dưới dạng: n=f(Mđc), có 2 loại đặc tính cơ:
 Đặc tính cơ tự nhiên: Nếu như động cơ vận hành ở chế độ định mức (điện

áp, tần số, từ thông định mức và không nối thêm các điện trở, điện kháng
vào động cơ). Trên đặc tính cơ tự nhiên ta có điểm làm việc định mức có
giá trị Mđm, Wđm.
 Đặc tính cơ nhân tạo: Là đặc tính khi ta thay đổi các tham số nguồn hoặc

nối thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ.
2.1.Phương trình đặc tính cơ:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập cuộn kích từ được cấp điện từ nguồn một
chiều độc lập với nguồn điện cấp cho rotor.


Hình 2: sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ độc lập.


Khi động cơ làm việc, rotor mang cuộn dây phần ứng quay trong từ trường của
cuộn cảm nên trong cuộn ứng xuất hiện một sức điện động cảm ứng có chiều
ngược với điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Theo sơ đồ ngun lý trên hình 2,
có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng (rotor) như sau:
(2.1)
Trong đó:
-

Uư là điện áp phần ứng động cơ (V)

-

Eư là sức điện động phần ứng động cơ (V)

-

Rư là điện trở cuộn dây phần ứng (Ω)

-

Rp là điện trở phụ mạch phần ứng (Ω)

-

Iư là dòng điện phần ứng động cơ

(2.2)

Trong đó:
- rư là điện trở cuộn dây phần ứng
- rct là điện trở tiếp xúc giửa chổi than và phiến góp
- rcblà điện trở cuộn bù
- rcp là điện trở cuộn phụ

Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của rotor:

2 a
K 

p.N

là hệ số kết cấu của động cơ.


(2.3)

 - Từ thông qua mỗi cực
từ. p - Số đơi cực từ chính.
N - Số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng.
a - Số mạch nhánh song song của cuộn ứng.

Hoặc ta có thể viết:
(2.4)

Nhờ lực từ trường tác dụng vào dây dẫn phần ứng khi có dịng điện, rotor quay
dưới tác dụng cùa momen quay:


(2.5)
Từ hệ 2 phương trình (2.1) và (2.3)ta có thể rút ra được phương trình đặc tính cơ
điện (hay phương trình đặc tính tốc độ) biểu thị mối quan hệ ω =f(I) của động cơ
điện một chiều kích từ độc lập như sau:


Uu −Ru  Rp
K

I

(2.6)

K
u

Từ phương trình (2.5) rút ra I ư thay vào phương trình (2.6) ta được phương trình
đặc tính cơ biểu thị mối quan hệ ω = f(M) của động cơ điện một chiều kích từ
độc lập như sau:


Uu − Ru  Rp

K

(2.7)

M
(K
)2

Có thể biểu diễn đặc tính cơ dưới dạng
khác:
  0  

Trong đó:
0

gọi là tốc độ không tải lý tưởng


Uu
K


(2.8)


gọi là độ sụt tốc độ.
Phương trình đặc tính cơ (2.7) có dạng hàm bậc nhất y = B + Ax, nên đường biểu
diễn trên hệ tọa độ M0ω là một đường thẳng với độ dốc âm. Đường đặc tính cơ
cắt
trục tung 0ω tại điểm có tung độ:

0

.Tốc độ 0 được gọi là tốc độ không tải


Uu
K


lý tưởng khi không có lực cản nào cả. Đó là tốc độ lớn nhất của động cơ mà không
thể đạt được ở chế độ động cơ vì khơng bao giờ xảy ra trường hợp

= 0.

Mc

Hình 3 - Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Khi phụ tải tăng dần từ MC=0 đến MC=Mđm thì tốc độ động cơ giảm dần từ ω0 đến
ωđm. Điểm A(Mđm, ωđm) gọi là điểm định mức.


Rõ ràng đường đặc tính cơ có thể vẽ được từ 2 điểm ω 0 và A. Điểm cắt của đặc
tính cơ với trục hồnh 0M có tung độ ω = 0 và có hồnh độ suy từ phương trình
(2.7):

Hình 4- Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Mơmen Mnm và Inm gọi là mơmen ngắn mạch và dịng điện ngắn mạch. Đó là giá
trị mơmen lớn nhất và dịng điện lớn nhất của động cơ khi được cấp điện đầy đủ
mà tốc độ bằng 0. Trường hợp này xảy ra khi bắt đầu mở máy và khi động cơ
đang chạy mà bị dừng lại vì bị kẹt hoặc tải lớn quá kéo khơng được. Dịng

điện I này
lớn và thường

Inm  (10  20)Idm

bằng:
2.2 Ảnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ:
Phương trình đặc tính cơ (2.7) cho thấy, đường đặc tính cơ bậc nhất ω = f(M) phụ
thuộc vào các hệ số của phương trình, trong đó có chứa các thông số điện U, R P và
f. Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng thông số này.
2.2.1. Trường hợp thay đổi điện áp phần ứng :
Vì điện áp phần ứng không thể vượt quá giá trị định mức nên ta chỉ có thể thay
đổi về phía giảm.
Trang 23


Uư biến đổi; RP = const;  = const
Trong phương trình đặc tính cơ, ta thấy độ dốc (hay độ cứng) đặc tính cơ
khơng thay đổi:

Tốc độ khơng tải lý tưởng ω0 thay đổi tỷ lệ thuận với điện áp:

Trang 24


Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng ta được một họ các đường đặc tính cơ

song song với đường đặc tính cơ tự nhiên và thấp hơn đường đặc tính cơ tự nhiên.

Hình 5 - Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

khi giảm điện áp phần ứng
Khi thay đổi điện áp (giảm áp ) thì mơ men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch
của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với phụ tải nhất định. Dó đó
phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế
dòng điện khi khởi động.
Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng biện pháp thay đổi
điện áp phần ứng có các đặc điểm sau:
- Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ.
- Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.
- Độ cứng đặc tính cơ giữ khơng đổi trong tồn bộ dải điều chỉnh.
- Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen là như nhau.

Độ sụt tốc tương đối sẽ lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh. Do
vậy, sai số tốc độ tương đối (sai số tĩnh) của đặc tính cơ thấp nhất khơng vượt
q sai số cho phép cho tồn dải điều chỉnh.