Tài liệu Chương 3: Tính toán mạch động lực ppt

Chương 3. Tính toán mạch động lực
CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC
Mạch động lực bao gồm:
+ Động cơ
+ Biến áp
+ Mạch van…
3.1. Tính chọn động cơ.
Từ yêu cầu thiết kế hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều và ưu điểm của
động cơ kích từ độc lập ( chất lượng điều chỉnh tốc độ tốt, tổn hao phía kích từ nhỏ…).
Nên khi thực hiện mô hình chúng em sử dụng loại động cơ công suất nhỏ kích từ bằng
nam châm vĩnh cửu có thông số:
P
đm
= 24 ( W ); I
đm
= 0.5 ( A ) ; n = 4600 ( Vòng/ phút )
3.2. Tính chọn van động lực
- Để cấp nguồn cho tải một một chiều ( Động cơ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu), cần
có bộ chỉnh lưu biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều. Các bộ chỉnh lưu
này có thể là loại có điều khiển hoặc không có điều khiển.
- Ta lựa chọn phương án dùng bộ chỉnh lưu có điều khiển để thực hiện việc biến năng
lượng điện xoay chiều sang một chiều trong động cơ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu
mà ta sẽ dùng để thực hiện mô hình. Vì nếu dùng bộ chỉnh lưu có điều khiển thì ta có thể
thay đổi thời điểm đặt xung điện áp lên cực điều khiển, nhờ đó ta có thể điều chỉnh được
điện áp chỉnh lưu.
- Do mạch chỉnh lưu cầu không nhất thiết phải có biến áp nguồn, Khi điện áp ra của tải
phù hợp với cấp điện áp nguồn xoay chiều thì ta có thể mắc trực tiếp mạch chỉnh lưu vào
lưới điện. Chính vì vậy mạch chỉnh lưu cầu có ưu điểm hơn hẳn so với mạch chỉnh lưu
hình tia. (Mạch chỉnh lưu cầu được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế, nhất là với cấp
điện áp ra từ 10 V trở lên, dòng tải có thể lên tới 100 A)

- Vì sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có ưu thế tốt nhất khi nguồn cấp là lưới ba pha công
nghiệp, và tải có yêu cầu cao về chất lượng điện áp một chiều. Còn các sơ đồ chỉnh lưu
một pha thường được chọn khi nguồn cấp là lưới điện một chiều một pha hoặc công suất
không quá lớn so với công suất của lưới ( P < 5 KW ), tải không có yêu cầu quá cao về
chất lượng điện áp một chiều. Nên ta sử dụng mạch chỉnh lưu cầu một pha.
Vậy chúng ta sử dụng chỉnh lưu cầu một pha làm van động lực cho hệ truyền
động T – Đ.
23
+
_
E
R
L
U
d
i
2
u
2
T
1
T
2
T
3
T
4
Chương 3. Tính toán mạch động lực
3.2.1. Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha đối xứng.
- Nguyên lý hoạt động:

Do tải có phần tử điện cảm L nên thực tế dòng điện i
d
là dòng liên tục (i
d
= I
d
)
+ Trong nửa chu kì đầu ( 0 ÷ Π/2 ): U
AB
> 0 nên V
annot
của T
1
và T
2
dương. Nếu
có xung điều khiển cho cả hai van T
1
và T
2
thì cả hai van này sẽ cùng dẫn. Đồng thời đặt
điện áp luới lên tải
+ Trong nửa chu kì sau ( Π/2 ÷ Π ): U
AB
< 0 nên V
A
của T
3
, T
4

dương. Nếu có
xung điều khiển thì cả hai van đó cùng dẫn và đặt điện áp lưới lên tải, với chiều điện áp
trùng với chiều điện áp trong nửa chu kì trước
- Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu ( hình 3.1)
+ Khi T
1
, T
2
mở cho dòng chạy qua (trong chế độ chỉnh lưu), ta có phương trình:
θ
θ
d
d
XERSin
i
iU
d
d
)(
....2
2
++=
( tích phân hai vế ta được U
d
= R.I
d
+ E với U
d
=
Π

2.2
.U
2
.cosα)
Vậy ta có: I
d
=
R
U
E
d
+
( 3-
1)
Biểu thức (3-1) được dùng chung cho cả chu kì hoạt động ở chế độ chỉnh lưu của mạch
chỉnh lưu cầu một pha đối xứng
Hình 3.1. Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu một pha, tải R + L + E
- Nhận xét:
+ Dòng điện chạy trong dây là dòng liên tục
+ Điện áp ngược đặt lên van, nhỏ hơn so với sơ đồ hình tia U
ngược max
=
2
U
2
+ Sử dụng nhiều van, gấp đôi so với sơ đồ hình tia, nên có sơ đồ điều khiển phức
tạp, sụt áp trong van cũng tăng gấp đôi, không thích hợp với tải cần dòng lớn, nhưng
điện áp ra lại nhỏ. Chính vì vậy ta không lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu một
pha đối xứng làm mạch van động lực.
24

L
R
E
D1
T1
Uv
T2
D2
L
R
E
D1
T1
Uv
T2
D2
Chương 3. Tính toán mạch động lực
3.2.2. Sơ đồ cầu chỉnh lưu không đối xứng (chỉnh lưu bán dẫn)
• Chỉnh lưu bán điều khiển thysistor mắc catốt chung (Hình 3.2a)
- Đặc điểm
+ Nhóm catốt chung là các thysistor, đựơc mở tại các thời điểm α của nó
+ Nhóm anôt chung là các van điôt, luôn mở tự nhiên theo điện áp nguồn (Đ1 mở
khi U
2
bắt đầu dương, Đ2 mở khi U2 bắt đầu âm)
- Nguyên lý hoạt động:
 Trong khoảng ( α ÷ Π ) T
1
, Đ
1

dẫn
 Trong khoảng (Π ÷ (Π+α)) T
1
, Đ2 dẫn. Do ở Π, Đ2 mở tự nhiên, làm Đ1
khóa.
 Trong khoảng ((Π+α) ÷ 2Π ) T
2
, Đ
2
dẫn. Do T
2
được phát xung mở ở điểm
(Π+α) và dẫn làm cho T
1
khóa.
 Trong khoảng (2Π ÷(2Π+α)) T
2
,Đ
1
dẫn. Do Đ
1
mở tự nhiên ở thời điểm
2Π.
- Nhận xét:
+ Tại thời điểm T
1
, Đ
2
và T
2

, Đ
2
dẫn, có hiện tượng hai van dẫn thẳng hàng nên
u
d
= 0 ( các đoạn còn lại u
d
bám theo điện áp nguồn), dòng điện i
d
vẫn liên tục nhưng
chạy quẩn trong tải. Đây chính là ưu điểm của mạch chỉnh lưu bán điều khiển, vì khi
mắc mạch như vậy năng lượng điện sẽ không bị trả lại về nguồn, mà được giữ lại trong
mạch.
+ Thời gian dẫn dòng của các van thysistor và điôt bằng nhau (hình 3.3a)
I
T1
= I
T2
= I
Đ1
= I
Đ2
= I
v
=
2
Ι
d
25
(a) (b)

Hình 3.2. Sơ đồ chỉnh lưu bán điều khiển
a. Sơ đồ chỉnh lưu bán điều khiển, Thysistor mắc song song (catốt chung)
b. Sơ đồ chỉnh lưu bán điều khiển , thysistor mắc thẳng hàng
Chương 3. Tính toán mạch động lực
- Thông số chỉnh lưu bán điều khiển thysistor mắc cacốt chung (dùng chung cho mạch
chỉnh lưu cầu 1 pha không đối xứng thysistor mắc thẳng hàng )
•
dod
UU )cos1(
α
+=
•
22
9,0
22
UUU
do
==
π
•
2
.2 UU
=
max ng­îc
•
11,1
2
=
d
I

I
• k
®m
=
67,0
1
=
do
m
U
U
• cos(α-γ)=cosα-h
γ
.
2
da
.U2
.IX
•
11,1
.
1
=
d
dm
I
Ik
•
23,1
=

P
S
ba
•
π
γ
α
d
IX
U
..2
=∆
•
2
=
γ
h
Trong đó:
U
dα
Điện áp trung bình ra tải
U
d0
Điện áp trung bình ra tải với α =0
U
ngược max
Điện áp ngược cực đại đặt trên van
I
d
Trị số dòng trung bình qua tải

I
v
Trị số dòng trung bình qua van
I
1
Trị số dòng trung bình cơ cuộn sơ cấp máy biến áp
I
2
Trị số dòng trung bình ở cuộn thứ cấp máy biến áp
S
ba
Công suất toàn phần máy biến áp
K
ba
Hệ số máy biến áp
P
d
Công suất tác dụng của tải
K
dm
Hệ số đập mạch
ΔU
γ
Độ sụt áp do hiện tượng trùng dẫn
U
1m
Biên độ thành phần sóng hài bậc I
• Chỉnh lưu bán điều khiển thysistor mắc thẳng hàng ( hình3.2b)
- Đặc đểm:
+ Đ

1
, Đ
2
mở tự nhiên ở các nửa chu kì: Đ
1
mở khi u
2
dương, Đ
2
mở khi u
2
âm.
+ T
1
, T
2
mở theo góc α, tuy nhiên, các van bị khoá theo theo nhóm.
( Ví dụ: trong nhóm chung catốt thì T
1
dẫn thì Đ
2
khoá, Đ
2
dẫn thì T
1
khoá…)
- Nguyên lý hoạt động:
 Trong khoảng ( α÷Π ): T
1
, Đ

1
dẫn, u
d
=u
2
 Trong khoảng (Π÷( Π+α)): Đ
1
, Đ
2
dẫn, vì Đ
2
dẫn ở Π làm T
1
khoá, T
2
chưa
dẫn nên Đ
1
chưa khóa
 Trong khoảng (( Π+α)÷2Π): T
2
, Đ
2
dẫn.
26
Chương 3. Tính toán mạch động lực
 Trong khoảng (2Π÷(2Π+α)):Đ
1
, Đ
2

dẫn.
- Thông số: Giống ở mạch chỉnh lưu bán dẫn, thysistor mắc catốt chung.
Hình 3.3. Biều đồ thời gian hoạt động của chỉnh lưu bán dẫn
a. thysistor mắc catốt chung (Thysistor mắc song song)
b. Thysistor mắc thẳng hàng
- Nhận xét:
+ Tại thời điểm hai van Đ
1
, Đ
2
mắc thẳng hàng, tải bị ngắn mạch. Tại thời điểm
đó u
d
= 0, dòng điện i
d
chạy quẩn trong tải. Do vậy năng lượng điện không bị trả lại
lưới mà được giữ lại trong tải.
+Thời gian dẫn dòng của van điốt lớn hơn thời gian dẫn dòng của van thysistor,
thể hiện qua hình 3.3b
I
T1
= I
T2
=
Ι
Π
−Π
d
.2
α

; I
Đ1
= I
Đ2
=
Ι
Π
+Π
d
.2
α
Kết luận:
- Qua sự phân tích mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha phía trên, em thấy điện áp ra
trên tải ổn định hơn so với sơ đồ chỉnh lưu hình tia. Dòng qua tải liên tục nên không có
hiện tượng giật máy khi động cơ quay. Nên chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha đối với tải
động cơ công suất nhỏ là hoàn toàn phù hợp.
- Tuy nhiên, giữa chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng và không đối xứng, thì
chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng cho phép sử dụng một nửa số van là
thysistor. Do đó sơ đồ điều khiển đơn giản hơn và giá thành thiết bị biến đổi cũng giảm
hơn so với chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng.
27
(a) (b)