Đồ án Thiết kế mô phỏng hệ thống chỉnh lưu Thyristor – Động cơ có đảo chiều quay trên Matlab – Smulink

 

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNP PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .

1.1.Tổng quan về động cơ điện một chiều .

1.1.1. Cấu tạo động cơ điện một chiều .

1.1.2. Các thông số đinh mức .

1.1.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều .

1.2. Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều .

1.3. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều .

1.3.1. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ .

1.3.2. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông .

1.3.3. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng .

1.4.Các đặc tímh cơ khi hãm .

1.4.1. Hãm tái sinh .

1.4.2. Hãm ngược .

1.4.3. Hãm động năng .

1.5. Các đặc tính cơ khi đảo chiều quay .

1.6. Các chỉ tiêu chất lượng .

Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU BA PHA THYRISTOR .

2.1. Hệ chỉnh lưu thyristor động cơ và thyristor .

2.1.1. Giới thiệu về thyristor .

2.1.2. Hệ chỉnh lưu thyristor .

2.1.3. Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng .

2.2. Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu ba pha không đảo chiều .

2.2.1. Nguyên lý làm việc hệ chỉnh lưu .

2.2.2. Hiện tượng trùng dẫn .

2.2.3. Nghịch lưu phụ thuộc .

2.2.4. Hệ T – Đ không đảo chiều .

2.3. Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều .

2.3.1. Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T - Đ đảo chiều .

2.3.2. Phương pháp điều khiển chung .

2.3.3. Phương điều khiển riêng .

Chương 3 : TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .

3.1. Tính chọn mạch động lực .

3.1.1. Sơ đồ mạch động lực hệ chỉnh lưu cầu ba pha thyristor .

3.1.2. Các thông số của động cơ .

3.1.3. Tính chọn thyristor .

3.1.4. Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu .

3.2. Giới thiệu mạch điều khiển .

3.2.1. Sơ đồ nguyên lý .

3.2.2. Nguyên tắc điều khiển .

3.2.3. Các khâu cơ bản của mạch điều khiển .

3.2.4. Sơ đồ mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động .

3.3. Tính toán các thông số mạch điều khiển .

3.3.1. Tính biến áp xung .

3.3.2. Tính tầng khếch đại cuối cùng .

3.3.3. Chọn cổng AND .

3.3.4. Chọn tụ C3 và R9 .

3.3.5. Tính chọn bộ tạo xung chùm .

3.3.6. Tính chọn khâu so sánh .

3.3.7. Tính chọn khâu đồng pha .

3.3.8. Tính chọn nguồn nuôi .

3.3.9. Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha .

3.3.10. Tính chọn điôt cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi .

3.4. Tính chọn các thiết bị bảo vệ cho mạch động lực .

3.4.1. Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ .

3.4.2. Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn .

3.4.3. Bảo vệ quá dòng cho van .

3.4.4. Bảo vệ quá áp cho van .

3.5. Thiết kế cuộn kháng lọc .

3.5.1. Xác định góc mở cực tiểu và cực đại .

3.5.2. Xác định các thành phần sóng hài .

3.5.3.Xác định điện cảm cuộn kháng lọc .

3.5.4. Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc .

Chương 4 : MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CHỈNH LƯU THYRISTOR – ĐỘNG CƠ CÓ ĐẢO CHIỀU QUAY TRÊN MATLAB – SIMULINK .

4.1. Các khối có sẵn trong Simulink .

4.1.1. Máy điện một chiều .

4.1.2.Khối tạo xung điều khiển các thyristor .

4.2. Mô phỏng hệ chỉnh lưu cầu ba pha .

4.2.1. Mô phỏng hệ chỉnh lưu cầu không đảo chiều .

4.2.2. Mô phỏng hệ chỉnh lưu cầu có đảo chiều .

 

 

 

 

doc115 trang | Chia sẻ: lethao | Ngày: 12/03/2013 | Lượt xem: 4081 | Lượt tải: 87download
Tóm tắt tài liệu Đồ án Thiết kế mô phỏng hệ thống chỉnh lưu Thyristor – Động cơ có đảo chiều quay trên Matlab – Smulink, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
xứng và không có thành phần một chiều tránh cho lõi sắt bị bão hoà . Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha được sử dụng rộng rãi bởi dòng trong các dây quấn và dây nguần hoàn toàn đối xứng . 2.2.2. 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 dòng iT1 cũng không thể giảm đột ngột từ Id → 0 . Cả ba thyristor T1 , T3 , T5 đều dẫn dòng , hai nguồn ea , eb nối ngắn mạch . Nếu chuyển gốc toạ độ từ 0 đến θ1 ta có : ea = . U2 sin(θ + + α) (2-2) eb = . U2 sin(θ + + α) (2-3) Điện áp 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. ; (2-4) ic = [ cosα – cos(θ + α) ] ; (2-5) F G T1 T4 T3 T6 T5 T2 Lc ← → Iư ea eb ec Lc Lc ic Hình 2-6 : Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có hiện tượng trùng dẫn . Ud 0 1 3 5 6 2 4 α µ 5;1 1;3 3;5 6;2 2;4 4;6 u2a u2b u2c VG VF Hình 2-7 : Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu cầu ba pha có trùng dẫn . 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 ký 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 đoạn trùng dẫn trong khoảng θ1 → θ2 . T2 dẫn dòng , T1 , T3 trùng dẫn dòng . Vậy có thể viết các phương trình sau : ea - ec - 2Lc = Ud (2-7) eb – ec - 2Lc. = Ud (2-8) iT3 + iT1 = iT2 = Id =const (2-9) Từ 3 phương trình ta rút ra : Ud = - ec (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 = = [cosα - cos(μ+ α) ] (2-11) Từ đó ta có thể xác định được : ∆Uμ = ; (2-12) 2.2.3. Nghịch lưu phụ thuộc . Ta có ở chế độ chỉnh lưu dòng điện trung bình trên tải Id và điện áp trung bình Ud luôn cùng chiều . Công suất tiêu thụ trên tải P = Ud.Id luôn dương và chiều của công suất luôn từ phía nguồn xoay chiều chuyển qua tải một chiều , ta nói bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu . Tải a ) M N _ + Tải Ud Id BBĐ Công suất P = Ud.Id > 0 b ) M N + _ Ud Id BBĐ Công suất P = Ud.Id < 0 Hình 2-8 : a ) Chế độ chỉnh lưu ; b ) Chế độ nghịch lưu . Khi tăng góc mở α , giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu Ud giảm đi nhưng vẫn còn dương . Tiếp tục tăng α > , điện áp chỉnh lưu trung bình đổi dấu . Cực M trỏ thành âm ( - ) và N thành dương ( + ) , điện áp – Ud tăng dần đến khi α = π . Vì điện áp Ud đổi chiều trong khi Id có chiều không đổi nên công suất P đổi dấu . Điều này có nghĩa là tải một chiều đã trở thành nguồn phát và công suất truyền ngược từ phía tải về nguồn . Ta nói bộ biến đổi đã chuyển sang làm việc ở chế độ nghịch lưu . Lưu ý rằng ở chế độ nghịch lưu , lưới xoay chiều nhận công suất tác dụng từ phía tải nhưng vẫn tiếp tục cung cấp công suất phản kháng và ảnh hưởng đến dạng sóng , tần số của điện áp xoay chiều ta nói rằng sơ đồ này làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc . Để lưới có thể nhận năng lượng từ phía tải thì tải phải là một nguồn phát và điện áp của tải phải lớn hơn điện áp của nguồn để đảm bảo cho van bán dẫn phân cực thuận . α u2a u2b u2c π 2π 3π 0 U VG VF t 1 3 5 6 2 4 6 2 4 1 3 Utb Hình 2-9 : Sơ đồ dạng sóng của nghịch lưu phụ thuộc . Trong trường hợp nghịch lưu phụ thuộc thì ta phải có góc điều khiển α > π/2 ta có điện áp trung bình của nghịch lưu phụ thuộc là Utb < 0 như hình 2-9 . 2.2.4. Hệ T – Đ không đảo chiều ( CL – ĐM ) : Khi ta dùng các bộ chỉnh lưu có điều khiển hay là các bộ chỉnh lưu dùng thyristor để làm bộ nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều như các phần trước ta đã giới thiệu , ta có điện áp chỉnh lưu của hệ là : Ud = Ud0 . cosα ; Vậy ta có phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của hệ chỉnh lưu T – Đ không đảo chiều là : ω = . I ; ω = . M ; ω = ω0 - ∆ω ; Trong đó : ω0 = là tốc độ không tải lý tưởng , vì lúc đó ở vùng dòng điện gián đoạn , hệ sẽ có thêm một lượng sụt áp nên đường đặc tính điều chỉnh đốc hơn , tốc độ không ,tải lý tưởng thực ω0 sẽ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng giả tưởng ω’0 như hình 2-9 . Vậy , khi thay đổi góc điều khiển α = 0 → π thì Ed0 thay đổi từ Ed0 đến -Ed0 và ta sẽ được một họ đặc tính cơ song song với nhau nằm ở nữa bên phải của mặt phẳng toạ độ [ ω , I ] hoặc [ω , M ] . Id.blt = ; Trong đó : XBA : Điện kháng máy biến áp . f1 : Tần số lưới . LưΣ : Điện cảm tổng mạch phần ứng . m : Số pha chỉnh lưu . Rcl Rư ← ← Ed E Iư Id T a ) ω Id ω0dm ω01 ω’01 Ed0 Ed > 0 Ed = 0 Ed < 0 HN HTS ωdm ω1 Id.gđ Id.lt ĐC Id.blt Giới hạn ωmax b ) Hình 2-10 : a ) Sơ đồ thay thế hệ T – Đ không đảo chiều . b ) Đặc tính điều chỉnh tốc độ hệ T – Đ . Trong vùng dòng điện gián đoạn ( ω’0 < ω0 ) : Trong đó : E2m : Biên độ sức điện động thứ cấp máy biến áp chỉnh lưu . Đường giới hạn tốc độ cực đại : ωgh.max = 2.3 . TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA CÓ ĐẢO CHIỀU . 2.3.1. Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-D đảo chiều : - Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ . - Giữ nguyên dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng nhưng được phân ra bốn sơ đồ chính : + Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng cách đảo chiều dòng kích từ . + Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc từ chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông giữ không đổi ) . + Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng . + Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song điều khiển chung . Tuy nhiên , mổi loại sơ đồ đều có ưu nhược điểm riêng và thích hợp với từng loại tải , trong phần này ta chọn bộ truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển chung , bởi nó dùng cho dãi công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao và thực hiện đảo chiều êm hơn .Trong sơ đồ này động cơ không những đảo chiều được mà còn có thể hãm tái sinh . 2.3.2.Phương pháp điều khiển chung : Sơ đồ gồm hai bộ biến đổi G1 và G2 , đấu song song ngược với nhau và các cuộn kháng cân bằng Lc . Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu . Phương pháp điều khiển kiểu tuyến tính : α1 + α2 = π Lúc này cả hai mạch chỉnh lưu cùng được phát xung điều khiển , nhưng luôn khác chế độ nhau : một mạch ở chế độ chỉnh lưu ( xác định dấu của điện áp một chiều ra tải cũng là chiều quay đang cần có ) còn mạch kia ở chế độ nghịch lưu . Vì hai mạch cùng dấu cho một tải nên giá trị trung bình của chúng phải bằng nhau . Ut = Ud1 = U d2 ; (2-13) Nếu dòng điện liên tục ta có : Ud1 = Ud0.cosα1 ; Ud2 = Ud0.cosα2 ; Vậy : Ud0.cosα1 = Ud0.cosα2 ; Hay : cosα1 + cosα2 = 0 ; suy ra α1 + α2 = 1800 ; Nếu α1 là góc mở đối với G1 , α2 là góc mở đối với G2 thì sự phối hợp giá trị α1 và α2 phải được thực hiện theo quan hệ : α1 + α2 = 1800 ; Sự phối hợp này gọi là phối hợp điều khiển tuyến tính (hình 2-11) . α2 = 0 α1 = 0 α1=1800 α2=1800 300 α 600 900 1500 1800 1200 0 uc uc1 uc2 uc4 uc3 Hình 2-11 : Sơ đồ phối hợp tuyến tính của α1 và α2 . Giả sử cần động cơ quay thuận , ta cho G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu , α1 = 0 → 900 , Ud1 > 0 , bấy giờ α2 > 900 , G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu , Ud2 < 0 . Ud1 = U0 cos α1 > 0 ; Ud2 = U0 cos α2 < 0 ; Cả hai điện áp Ud1 và Ud2 đều đặc lên phần ứng của động cơ M . Động cơ chỉ có thể “nghe theo” Ud1 và quay thuận . Động cơ từ chối Ud2 vì các thyristor không thể cho dòng chảy từ catôt đến anôt . Khi α1 = α1 = 900 , thì Ud1 = Ud2 = 0 , động cơ ở trạng thái dừng . T1 T4 T3 T6 T5 T2 Lc F G T4’ T1’ T6’ T3’ T2’ T5’ + - Ckt ← M Ikt L Lc Lc Lc u2a u2b u2c G1 G2 Hình 2-12 : Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha dùng phương pháp điều khiển chung . Giả sử uc là điện áp điều khiển ở bộ điều khiển cần khởi động ĐM quay thuận ta cho uc = uc1 (hình 2-11) . α1 = 300 , α2 = 1800 - α1 = 1500 , Ud1 = U0 , Ud2 = - U0 ; G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu còn G2 chuẩn bị sẵn sàng để làm việc ở chế độ nghịch lưu . Nếu bây giờ cần giảm tốc độ động cơ , ta cho uc = uc2 , các góc mở : α1 = 600 , α2 = 1800 - α1 = 1200 , U’d1 = U0 , U’d2 = - U0 . Lúc này , do quán tính nên sức điện động E của động cơ vẫn còn giữ nguyên trị só ứng với trạng thái trước đó , E > U’d1 → bộ biến đổi G1 bị khoá lại . Mặt khác E > |U’d2| nên bộ biến đổi G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc , trả năng lượng tích luỷ trong động cơ về nguồn điện xoay chiều . Dòng điện phần ứng đổi dấu , chảy từ M vào G2 động cơ bị hãm tái sinh , tốc độ giảm xuống đến giá trị ứng với U’d1 . Nếu cho điện áp điều khiển uc 0 hoặc uc < 0 ) ta sẽ thay đổi được góc mở α1 và α2 : + Nếu uc > 0 thì α1 900 dẫn đến bộ chỉnh lưu G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu , còn bộ biến đổi G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc kết quả là làm cho động cơ quay thuận ωT . + Nếu uc 900 , α2 < 900 dẫn đến bộ chỉnh lưu G1 làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc , còn bộ biến đổi G2 làm việc ở chế độ chỉnh lưu , kết quả là làm cho động cơ quay theo chiều ngược ωN . Đặc điểm của chế độ đảo dòng đang xét là có một dòng điện lúc thì chảy từ G1 vào G2 , lúc thì chảy từ G2 vào G1 mà không qua mạch tải . Người ta gọi dòng điện này là “ dòng điện tuần hoàn ” . Dòng điện tuần hoàn làm cho máy biến áp và các thyristor làm việc nặng nề hơn . Để hạn chế dòng điện tuần hoàn người ta dùng bốn điện cảm Lc (như hình 2-12) . Như thế sẽ làm tăng công suất đặt và giá thành hệ thống . Tuy nhiên phương pháp điều khiển chung cho phép điều chỉnh nhanh tối đa . - Xác định dòng điện tuần hoàn icc . α1 = 300 α2 = 1500 α1 2π 2π θ θ ua ub uc θ1 θ2 θ3 θ4 4’ 6’ 2’ 3’ 5’ 1’ α1 -α1 0 0 0 θ 0 icc21 icc12 α2 6 2 4 1 3 5 Hình 2-13 : Sơ đồ dạng sóng biểu diễn quan hệ giữa α1 và α2 . Xét truờng hợp α1 = 300 , α2 = 1800 - α1 = 1500 , như hình 2-13 . Trong khoảng θ1 đến θ3 : có T1 và T6’ , T2 và T5’ dẫn dòng ,nhưng anôt T5’ và catôt T2 có cùng một điện thế , không có dòng chảy từ T5’ sang T2 . Chỉ có dòng tuần hoàn chảy từ G1 vào G2 qua T1 và T6’ . Điện áp tuần hoàn trong khoảng này là : ucc12 = u2a –u2b = U2 sin(θ + π/6) ; Nếu chuyển toạ độ từ O sang O2 , ta có : ucc12 = - U2 sinθ = 2.Xc ; icc12 = .cosθ + C ; Khi θ = α1 , icc12 = 0 , ta có : icc12 = - .(cosθ - cosα1) ; (2-14) Tiếp tục xét các khoảng khác , kết quả nhận được cho phép ta kết luận : hoàn icc12 chảy từ G1 vào G2 , và ba xung dòng điện tuần hoàn icc12 chảy từ G2 vào G1 . Trị trung bình của dòng điện tuần hoàn : Icc = (cosθ - cosα1)dθ = .(sinα1 – α1 cosα1) ; (2-15) Phương pháp điều khiển kiểu phi tuyến : α1 + α2 = π + ξ . Đây là kiểu điều khiển phối hợp không hoàn toàn thì lúc này sẽ có thêm hệ số phi tuyến ξ và ta có : α1 + α2 = π + ξ ; Góc ξ phụ thuộc vào các giá trị của α1 và α2 một cách phi tuyến . ω ω Id ω0dm 0dm 0dm dm α1min 0dm 0dm dm α2max 0dm 0dm dm Ic α1 = π/2 0dm 0dm dm -ω0dm 0dm 0dm dm α1max 0dm 0dm dm α2min 0dm 0dm dm a ) 0dm 0dm dm Id α1min 0dm 0dm dm α2max 0dm 0dm dm ω0dm 0dm 0dm dm -ω0dm 0dm 0dm dm α1max 0dm 0dm dm α2min 0dm 0dm dm α1 = π/2 0dm 0dm dm Ic b ) 0dm 0dm dm Hình 2-14 : a ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính . b ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu phi tuyến . 2.3.3.Phương pháp điều khiển riêng : Hai mạch chỉnh lưu hoạt động riêng biệt . Mạch này hoạt động (được phát xung điều khiển ) thì mạch kia hoàn toàn nghỉ ( bị ngắt xung điều khiển ) . Vì vậy loại trừ được dòng điện tuần hoàn và không cần cuôn kháng cân bằng Lc . Song trong quá trình đảo chiều cần có “ thời gian chết ” ( nhỏ nhất là vài ms ) để cho van của mạch phải ngừng hoạt động kịp phục hồi tính chất khoá rồi mới bắt đầu phát xung cho mạch kia hoạt động . Vì vậy cần một khối logic điều khiển đảo chiều tin cậy và phức tạp . Để thay đổi trạng thái làm việc của các bộ chỉnh lưu thì phải dùng thiết bị đặc biệt để chuyển các tín hiệu điều khiển từ bộ chỉnh lưu này sang bộ chỉnh lưu kia . Bởi vậy , khi điều khiển riêng , các dặc tính cơ sẽ bị gián đoạn ở tại trục tung . Như vậy , khi thực hiện thay đổi chế độ làm việc của hệ sẽ khó khăn hơn và hệ có tính linh hoạt kém hơn khi điều chỉnh tốc độ . Trong phương pháp điều khiển riêng cũng có phối hợp điều khiển kiểu tuyế tính và phi tuyến . T1 T4 T3 T6 T5 T2 F G T4’ T1’ T6’ T3’ T2’ T5’ + - Ckt ← M Ikt L u2a 2c u2b u2c G1 G2 Hình 2-15 : Sơ đồ cầu chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều dùng phương pháp điều khiển riêng . Do ở sơ đồ này dùng phương pháp điều khiển riêng nên trong mạch không có dòng điện tuần hoàn dẫn đến trong mạch ta không dùng bốn cuộn kháng cân bằng Lc . CHƯƠNG 3 TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ T-Đ 3 .1. TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC . 3.1.1 Sơ đồ mạch động lực hệ chỉnh lưu cầu ba pha thyristor . Lc Lc Lc Lc L BAL T1 T4 T3 T6 T5 T2 F G T4’ T1’ T6’ T3’ T2’ T5’ + - Ckt ← M Ikt u2a u2b u2c C B A Hình 3-1 : Sơ đồ mạch động lực của hệ chỉnh lưu cấu ba pha thyristor hệ T-Đ . 3.1.2. Các thông số của động cơ . - Động cơ một chiều có các thông số sau : P = 32 Kw ; Udm = 220 V ; Idm = 166 A ; Rư = 0,075 Ω ; Jd = 2,7 Kg.m2 ; Rkt = 95,5 Ω ; Wkt = 1600 Vòng ; Iktdm = 1,64 A ; Số đôi cực : p = 2 ; Tốc độ của rôto : ndm = 1500 vòng/phút ; nmax = 2250 vòng/phút ; 3.1.3. Tính chọn thyristor : Tính chọn thyristor dựa vào các yếu tố cơ bản như : dòng điện tải , sơ đồ chỉnh lưu , điều kiện tản nhiệt , điện áp làm việc . - Điện áp ngược lớn nhất mà thyristor phải chịu : Unmax = Knv .U2 = Knv . = = .220 = 230,27 V ; Trong đó : Knv = ; Ku = ; - Điện áp ngược của van cần chọn : Unv = Kdtu .Unmax = 1,8 .230,27 = 414,49 V ; Trong đó : Kdtu : Hệ số dự trữ điện áp , thường chọn Kdtu = 1,8 ; - Dòng điện làm việc của van đựơc tính theo dòng hiệu dụng : Ilv = Ihd = khd .Id = = = 95,84 A ; ( do trong sơ đồ cầu ba pha , hệ số dòng điện hiệu dụng : khd = ) . - Chọn thyristor làm việc với điều kiện có cánh tản nhiệt và đủ diện tích tản nhiệt , không có quạt đối lưu không khí , với điều kiện có dòng điện định mức của van cần chọn : Idm = ki .Ilv = 3,2 . 95,84 = 306,688 A ; ki : Hệ số dự trữ dòng điện , chọn ki = 3,2 . Để chọn thyristor làm việc với các tham số định mức cơ bản trên , ta tra bảng thông số van , chọn các van có thông số điện áp ngược , dòng điện định mức lớn hơn gần nhất với thông số đã tính . Vậy ta chọn thyristor cho mạch động lực loại TF440-06X có các thông số sau : Dòng điện định mức của van: Idm = 400 (A) ; Điện áp ngược cực đại của van: UnT = 600 (V) ; Đỉnh xung dòng điện : Ipk = 4000 (A) ; Độ sụt áp trên thyrisor : ∆UT = 2,0 (V) ; Dòng điện của xung điều khiển : Ig = 200 (mA) ; Điện áp của xung điều khiển : Ug = 3,0 (V) ; Dòng điện rò : Ir = 25 (mA) ; Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = 125 0C ; Dòng điện duy trì : Ih = 70 mA ; Tốc độ biến thiên điện áp : = 200 (V/µs) ; Thời gian chuyển mạch : tcm = 15 (µs) ; 3.1.4. Tính toán máy biến áp chỉnh lưu : Để chọn các thiết bị trong mạch động lực cũng như mạch bảo vệ , trước hết cần xác định điện áp ra của bộ biến đổi Tiristor . Chọn máy biến áp ba pha ba trụ có sơ đồ nối dây ∆/Y , làm mát tự nhiên bằng không khí . Máy biến áp là một bộ phận quan trọng của hệ thống điện , thực hiện các chức năng sau . - Biến đổi điện áp nguồn cho phù hợp với yêu cầu sơ đồ phụ tải . - Bảo đảm sự cách ly giữa phụ tải với lưới điện để vận hành an toàn và thuận tiện - Biến đổi số pha cho phù hợp với số pha của sơ đồ phụ tải . - Tạo điểm trung tính cho sơ đồ hình tia . - Hạn chế dòng điện ngắn mạch trong chỉnh lưu và hạn chế mức tăng dòng Anốt để bảo vệ van . - Cải thiện hình dáng sóng điện lưới làm cho nó đỡ biến dạng so với hình sin , do đó nâng cao chất lượng điện áp lưới . * Tính các thông số cơ bản : - Tính công suất biểu kiến của máy biến áp : SBA = Ks .Pdm = 1,05.3200 = 33600 (VA) ; - Điện áp pha sơ cấp máy biến áp : U1 = 380 V ; - Điện áp pha thứ cấp máy biến áp : Phương trình cân bằng điện áp khi có tải : Ud0.cosαmin = Ud + 2∆UV + 2∆Udm + ∆UBA Trong đó : αmin = 00 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ; ∆UV = 21 V là sụt áp trên thyristor ; ∆Udm ≈ 0 là sụt áp trên dây nối : ∆UBA = ∆Ur + ∆Ux là sụt áp trên điện trở và điện kháng trên máy biến áp ; Chọn sơ bộ : ∆UBA = 6%.Ud = 0,06. 220 = 13,2 V ; Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có : Ud0 = = = 250,4 V ; Điện áp pha thứ cấp máy biến áp : U2 = = = 108 V ; - Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp : I2 = .Id = .166 = 135,538 A ; - Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp : I1 = kBA.I2 = .I2 = .135,538 = 38,752 A ; * Xác định kích thước của mạch từ . - Tiết điện sơ bộ trụ . QFe = kQ.; Trong đó : kQ : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát , lấy kQ = 6 . m : Số trụ của máy biến áp , m = 3 . f : Tần số của nguồn xoay chiều , f = 50 Hz . Thay vào ta có : QFe = 6 . = 89,799 cm2 . - Đường kính trụ : d = = = 10,69 cm . Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn : d = 11 cm . - Chọn loại thép kỹ thuật điện , các lá thép có độ dày 0,5 mm . Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1 T . - Chọn tỷ số m = = 2,3 . Suy ra h = 2,3d = 2,3 . 11 = 25,3 cm . ( Thông thường m = 2 ÷ 2,5 ) . Chọn chiều cao trụ h = 25 cm . * Tính toán dây quấn . - Số vòng dây mổi pha sơ cấp máy biến áp : W1 = = 190,6 vòng . Lấy W1 = 191 vòng . - Số vòng dây mổi pha thứ cấp máy biến áp : W2 = .W1 = .190,6 = 55 vòng . Lấy W2 = 55 vòng . - chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp : Với dây dẫn bằng đồng , máy biến áp khô , chọn J1 = J2 = 2,75 A/mm2 . - Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp : S1 = = = 14,2mm2 . Chọn dây dẫn thiết diện hình chũ nhật , cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 14,2 mm2 . Kích thước của dây có kể đến cách điện là : S1cd = a1 × b1 = 1,68 × 8,6 mm . - Tính lại mật độ dòng điện trong cuôn sơ cấp : J1 = = = 2,725 A/mm2 . - Thiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp : S2 = = = 49,249 mm2 . Chọn dây dẫn có tiết diện chữ nhật , có cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo chuẩn : S2 = 50,1 mm2 Kích thước của dây có kể đến cách điện là : S2cd = a2 × b2 = 5,1 × 10 mm . - Tính lai mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp : J2 = = = 2,705 A/mm2 . * Kết cấu dây quấn sơ cấp . Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục . - Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp : W11 = = 24 vòng . Trong đó : kc : Là hệ số ép chặt , lấy kc = 0,95 . h : Chiều cao trụ h = 25 cm . hg : Khoảng cách từ gông đế cuộn dây sơ cấp . Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông hg = 1,5 cm . - Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp : n11 = = 7,958 lớp . Chọn số lớp n11 = 8 lớp . Như vậy có 191 vòng chia thành 8 lớp , vậy 7 lớp đầu có 24 vòng và lớp thứ 8 có 191 – 7 . 24 = 23 vòng . - Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp : h1 = = 21,726 cm . - Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày : S01 = 0,1 cm . - Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp : a01 = 1 cm . - Đường kính trong của ống cách điện : Dt = dFe + 2a01 – 2S01 = 11 + 2 . 1 – 2 . 0,1 = 12,8 cm . - Đường kính trong của của cuộn sơ cấp : Dt1 = Dt + 2S01 = 12,8 + 2 . 0,1 = 13 cm . - Chọn bề dày cách điện giữa các lớp ở cuộn sơ cấp : cd11 = 0,1 mm . - Bề dày cuộn sơ cấp : Bd1 = ( a1 + cd11 ).n11 = ( 1,68 + 0,1 ).8 = 14,24 mm = 1,424 cm . - Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp : Dn1 = Dt1 + 2Bc1 = 13 + 2 . 1,424 = 15,848 cm . - Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp : Dtb1 = = 14,424 cm. - Chiều dài dây quấn sơ cấp : l1 = W1.π.Dtb = π . 191 . 14,424 = 8650,649 cm = 86,5 m . - Chọn bề dày cách điện giữa hai cuộn sơ cấp và thứ cấp : cd0 = 1 cm . * Kết cấu dây quấn thứ cấp . - Chọn sơ bộ cuộn chiềi cao cuộn thứ cấp : h2 = h1 = 21,726 (cm) . - Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp : W12 = = = 20 vòng . - Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp: nl2 = = 2,7 lớp . chọn n12 = 3 lớp . chọn 2 lớp trong cùng 20 vòng lớp thứ 3 có 15 vòng . - Chiều cao thực tế của cuộn thứ nhất : h2 = = 21,05 cm . - Đường kính trong của cuộn thứ cấp : Dt2 = Dn1 + 2a12 = 15,848 + 2 . 1 = 17,848 cm . - Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp : cd22 = 0,1 mm . - Bề dày cuộn thứ cấp : Bd2 = ( b2 + cd22 ). nl2 = ( 1 + 0,01 ) . 3 = 3,03 cm . - Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp : Dn2 = Dt2 + 2.Bd2 = 17,848 + 2 . 3,03 = 23,908 cm . - Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp : Dtb2 = = 20,878 cm . - Chiều dài dây quấn thứ cấp: l2 = π.W2.Dtb2 = π . 54 . 20,878 = 3540 cm = 35,4 m . - Đường kính trung bình của các cuộn dây : D = = 18,454 cm . Suy ra : r = = 9,227 cm . * Các thông số của máy biến áp : - Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75oC : R1 = ρ. = 0,02133. = 0,13 Ω . Trong đó : ρ = 0,02133 Ω.mm2/m. - Điên trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 75oC : R2 = ρ. = 0,02133. = 0,015 Ω . - Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp : RBA = R2 + R1.()2 = 0,015 + 0,13.()2 = 0,026 Ω . - Sụt áp trên điện trở máy biến áp : Δur = RBA.Id = 0,026 . 166 = 4,316 V . - Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp : XBA = 8.π2.(W2)2.()(a12 + ).ω.10-7. XBA = 8 . 3,142 . 552. () . (0,01 + ) . 314 . 10-7 XBA = 0,08 Ω . - Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp : LBA = = = 0,255.10-3 H = 0,255 mH. - Sụt áp trên điện kháng máy biến áp : Δux = .XBA.Id = .0,08.166 = 12,688 V . - Điện áp ngắn mạch tác dụng : Unr = = 3,29 % . - Điện áp ngắn mạch phản kháng: Unx = = 10 % . - Điện áp ngắn mạch phần trăm: Un = = 10,5 % . Công suất máy biến áp biểu kiến SBA = 33,6 kVA Điện áp pha sơ cấp U1 = 380 V Điện áp pha thứ cấp U2 = 108 V Dòng điện hiệu dụng sơ cấp I1 = 38,16 A Dòng điện hiệu dụng thứ cấp I2 = 135,538 A Số vòng dây mổi pha sơ cấp W1 = 191 vòng Số vòng dây mổi pha thứ cấp W2 = 55 vòng Chiều dài dây quấn sơ cấp l1 = 86,5 m Chiều dài dây quấn thứ cấp l2 = 36,07 m Điện trở trong cuộn sơ cấp R1 = 0,13 Ω Điện trở trong cuộn thứ cấp R2 = 0,015 Ω Điện trở quy đổi về thứ cấp RBA = 0,026 Ω Điện kháng quy đổi về thứ cấp XBA = 0,08 Ω Điện cảm quy đổi về thứ cấp LBA = 0,255 mH Điện áp ngắn mạch phần trăm Un = 10,5 % Bảng thông các thông số của máy biến áp động lực . 3.2. Giới thiệu mạch điều khiển . 3.2.1. Sơ đồ nguyên lý : ĐIỆN ÁP TỰA KĐ XUNG ĐP SS Uc T Hình 3-2 : Sơ đồ khối điều khiển thyristor . 3.2.2. Nguyên tắc điều khiển : Trong thực tế người ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển sau : “ Thẳng đứng tuyến tính và thẳng đứng arccos ” , để thực hiện vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên thyristor . 3.2.2.1.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính : Theo nguyên tắc này người ta thường dùng hai điện áp : - Điện áp đồng bộ ( Us ) , đồng bộ với điện áp đặt trên anôt – catôt của thyristor , thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh . - Điện áp điều khiển ( Ucm ) , là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được biên độ . Thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh . Do vậy hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là : Ud = Ucm – Us ; Khi Us = Ucm thì khâu so sánh lật trạng thái , ta nhận được sường xuống của điện áp đầu ra của khâu so sánh . Sườn xuống này thông qua đa hài một trạng thái bền ổn định tạo ra xung điều khiển . Us -Usm Ucm ωt Ucm α π 2π α Us Hình 3-3 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính : Như vậy bằng cách làm biến đổi Ucm , ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra , tức là điều chỉnh góc α . Giữa α và Ucm có quan hệ sau : α = ; Người ta lấy Ucmmax = Usmax ; 3.2.2.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos : Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp : - Điện áp đồng bộ Us , vượt trước UAK = Um Sinωt của thyristor một góc Us = Um Cosωt . - Điện áp điều khiển Ucm là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được biên độ theo hai chiều dương và âm . Nếu đặt Us vào cổng đảo và Ucm vào cổng không đảo của khâu so sánh thì : Khi Us = Ucm , ta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái . Um Cosα = Ucm ; (3-1) Do đó α = arcos( ) ; (3-2) Khi Ucm = Um thì α = 0 ; Khi Ucm = 0 thì α = ; Khi Ucm = - Um thì α = π ; Ucm ωt π UAK 0 Us α UAK Us 2π Um -Um Hình 3-4 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss Như vậy , khi điều chỉnh Ucm từ trị Ucm = +Um , đến trị Ucm = -Um ta có thể điều chỉnh được góc α từ 0 đến α . Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arcos” được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao . 3.2.3. Các khâu cơ bản của mạch điều khiển : 3.2.3.1. Khâu đồng pha : Sơ đồ ở hình 3–5a là sơ đồ đơn giản , dể thực hiện với số linh kiện ít nhưng chất lượng điện áp tựa không tốt . Độ dài của phần biến thiên tuyến tính của điện áp tựa không phủ hết 1800 . Do đó , góc mở van lớn nhất bị giới hạn . Hay nói cách khác , nếu theo sơ đồ này điện áp tải không điều khiển được từ 0 tới cực đại mà từ một trị số khác đến

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docminh_anh_doc_1664.doc
Tài liệu liên quan