Đề tài Thiết kế hệ truyền động động cơ không đồng bộ roto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung với van bán dẩn là Thyristor công suất

on trượt. - Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto bằng cách dùng Côngtăctơ. - Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto bằng phương pháp xung điện trở. Phương pháp này chỉ thích hợp với những động cơ điện rôto dây quấn vì đặc điểm của loại động cơ này là có thể thêm điện trở vào cuộn dây rôto. Dùng trong động cơ rôto dây quấn có thể đạt được mômen mở máy lớn đồng thời có dòng điện mở máy nhỏ nên những nơi nào có dòng điện mở máy nhỏ thì dùng động cơ điện loại này Nhược điểm của loại động cơ điện rôto dây quấn là rôto dây quấn chế tạo phúc tạp nên đắt, bảo quản khó khăn, hiệu suất cũng thấp hơn rôto lồng sóc I.6.Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm: I.6.1.Hãm tái sinh: Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ w của rôto lớn hơn tốc độ đồng bộ w1. Khi hãm tái sinh sức điện động stato E1 vẩn giữ chiều như cũ còn sức điện động rôto E2 có chiều ngược lại vì lúc này w > w1 , các thanh dẩn rôto cắt từ trường quay theo chiều ngược lại. w b a d c w02 w03 w04 M Mc w01 0 Dòng điện trong cuộn dây rôto được tính: M -w w1 w b a MG Khi hãm tái sinh thì s < 0 lúc này chỉ có thành phần tác dụng đổi chiều do đó mô men đổi chiều. Ở trạng thái này động cơ làm việc như máy phát điện song song với lưới, trả công suất tác dụng về lưới và vẩn tiêu thụ công suất phản kháng để duy trì từ trường quay. + Đặc tính cơ hãm tái sinh bằng cách thay đổi tần số. + Đoạn đặc tính hãm tái tái sinh là các đoạn awo1, bwo2 , cwo3 , dwo4. + Đặc tính cơ hãm tái sinh với tải thế năng. +Đoạn đặc tính hãm tái là đoạn - wb. Hình 1-23. Đặc tính cơ khi hãm tái sinh. I.6.2.Hãm ngược: Có hai trường hợp. Hãm ngược xảy ra khi đang làm việc mà ta đóng vào mạch rôto điện trở phụ đủ lớn, đoạn cd là đoạn đặc tính hãm ngược (Hình a). Hãm ngược xảy ra khi đang làm việc ta đổi thứ tự 2 trong 3 pha điện áp đặt vào động cơ, đoạn đặc tính hãm ngược là đoạn bc hoặc b’c’ (Hình b). wo b, b -wo Mc Mc w d, c, c d a b) Hình 1.24.Đặc tính cơ khi hãm ngược. M Mc a c b wo w d 0 a) Trong hai trường hợp trên thì: + Nên dòng điện rô to có giá trị lớn. + Mặt khác f2 = s.f1 cũng sẽ lớn nên điện kháng X2d’ lớn. Do đó mômen nhỏ. + Vì vậy để tăng cường mômen hãm và hạn chế dòng điện rôto ta nên đưa thêm điện trở phụ đủ lớn vào mạch rôto. I.6.3.Hãm động năng: Xảy ra khi động cơ đang quay cắt stato khỏi nguồn xoay chiều rồi đóng vào nguồn một chiều. Có 2 dạng: + Hãm động năng kích từ độc lập, nguồn một chiều lấy từ bên ngoài. Sơ đồ nguyên lý như hình (a) + Hãm động năng tự kích, nguồn một chiều được tạo ra từ năng lượng mà động cơ tích luỹ được. Sơ đồ nguyên lý như hình (b) và (c). Khi cắt stato khổi nguồn xoay chiều rồi đóng vào nguồn một chiều thì dòng một chiều này sinh ra từ trường đứng yên so với stato. Với hãm động năng kích từ độc lập từ thông f có giá trị không đổi còn hãm động năng tự kích thì f có giá trị biến đổi. Rf k H k Rf C (a) (b) + k H Hình 1.25. Sơ đồ nguyên lý hãm động năng của ĐCKĐB (c) Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi hãm động năng kích từ độc lập được biểu diển như trên hình vẽ. TN 2 1 wth2 wt h1 w Mth2 Mth1 3 0 Hình 1.26. Đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập của ĐCKĐB. I.7.Điều chỉnh tốc độ truyền động điện: Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng các phương pháp thuần tuý điện tác động lên hệ thống truyền động điện (nguồn và động cơ điện) để thay đổi tốc độ quay của trục động cơ. Trong các hệ truyền động điện dùng rất nhiều phương pháp khác nhau để ổn định tốc độ động cơ. Sau đây ta xem xét một vài yếu tố và cũng là những chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật cơ bản. I.7.1. Sai số tốc độ: Là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đặt và được tính như sau: Trong đó: + wđ : Tốc độ đặt. + w : Tốc độ làm việc thực. I.7.2.Độ trơn của điều chỉnh tốc độ: Trong đó: + wi : Giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp i + wi+1: Giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp (i+1) Phân loại: + Hệ điều chỉnh vô cấp g®1, tức là hệ truyền động có thể làm việc ổn định ở mọi giá trị trong suốt dải điều chỉnh. + Hệ điều chỉnh có cấp là hệ chỉ làm việc ổn định ở một số giá trị của tốc độ trong dải điều chỉnh. I.7.3. Dải điều chỉnh tốc độ: Dải điều chỉnh tốc độ hay còn gọi phạm vi điều chỉnh là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với mômen tải đã cho. wmax bị hạn chế bởi độ bền cơ học của động cơ. wmin bị chặn dưới bởi yêu cầu về mômen khởi động, về khả năng quá tải và về sai số tốc độ cho phép. I.7.4. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải: Với động cơ nói chung và ĐCKĐB rô to dây quấn nói riêng thì chế độ làm việc tối ưu thường là chế độ định mức. Khi điều chỉnh tốc độ cần lưu ý: dòng điện động cơ không vượt quá dòng định mức, đảm bảo khả năng quá tải về mômen, đảm bảo yêu cầu về ổn định,… Vì vậy khi thiết kế hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ ta nên chọn hệ truyền động cũng như phương pháp điều chỉnh sao cho đặc tính điều chỉnh của hệ bám sát yêu cầu đặc tính của tải để đảm bảo tổn thất trong quá trình điều chỉnh là nhỏ nhất. I.7.5. Chỉ tiêu kinh tế: Thể hiện ở vốn đầu tư, chi phí vận hành hệ thống và ở hiệu quả do áp dụng phương pháp điều chỉnh mang lại. Trong chi phí vận hành thì hệ số công suất cosj ảnh hưởng không nhỏ. I.7.6. Các chỉ tiêu khác: Ngoài các chỉ tiêu chung ở trên, trong từng trường hợp cụ thể còn dùng các chỉ tiêu khác như: độ trơn điều chỉnh, khả năng tự động hoá hệ thống,… I.7.7. Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh: Tổn thất năng lượng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của hệ. Vì vậy việc tính toán tổn thất và khắc phục tổn thất là việc quan trọng. Để tính toán hoặc dự đoán tổn thất ở trạng thái nào đó, chỉ cần xác định giá trị của các loại tổn thất trong hệ thống ở một chế độ làm việc xác định mà thường là chế độ định mức, sau đó xác định tổn thất ở chế độ khác theo phương pháp tính đổi. Sau đây là nguyên tắc tính toán tổn thất trong máy điện quay. + Tổn thất nhiệt trong dây quấn: DP ~ I2. + Tổn thất trong mạch từ: do từ trễ ~ B2.f ; do dòng xoáy ~ B2.f2 Theo kinh nghiệm thì tổn thất trong mạch từ được tính gần đúng như sau: DPFe ~ B2f1.3 . + Tổn thất cơ học do chuyển động và quạt gió: ~ w3 . + Tổn thất do ma sát: ~ w . + Tổn thất ở mạch lực có thể chia thành hai loại: Tổn thất không đổi DPo . Tổn thất biến đổi phụ thuộc vào bình phương dòng điện DPcu Xét đặc tính cơ như hình vẽ: M MA wo wA A w Hình 1.27.Tính toán tổn thất của động cơ. + Tổn thất của động cơ tại điểm làm việc A: + Tổng tổn thất khi làm việc tại A: Trong đó: + K = 1: Đối với động cơ một chiều. + K = (R1 + R2)/R2: Đối với động cơ xoay chiều. Với: R1: Điện trở dây quấn stato. R2: Điện trở dây quấn rôto qui đổi về stato Khi thay đổi tốc độ từ w1 đến w2 trong khoản thời gian từ t1 đến t2 thì có thể tính được tổn thất năng lượng từ phương trình chuyển động. Trong đó: + Tổn thất nhiệt không phụ thuộc vào đặc tính cơ mà chỉ phụ thuộc vào giá trị tốc độ đầu và cuối. + Tổn thất cơ học trên tải. CHƯƠNG II TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN TRỞ PHỤ MẠCH RÔTO ĐCKĐB nói chung có nhiều phương pháp để điều chỉnh như: điều chỉnh điện áp, điều chỉnh tần số,…Nhưng riêng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn thì chỉ có một phương pháp phổ biến và hay dùng đó là phương pháp điều chỉnh điện trở phụ mạch rôto . Khi mắc thêm điện trở phụ thì điện trở mạch rôto lúc này là: Rå = Rd + Rf . Trong đó: + Rf : Điện trở phụ mắc thêm vào mạch rôto. + Rd : Điện trở dây quấn rôto Theo (11) thì khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rôto thì mô men tới hạn không thay đổi. Còn theo (10) thì độ trượt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở. Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của ĐCKĐB là đoạn từ s = 0 đến s = sth là thẳng thì khi điều chỉnh điện trở ta có: Trong đó: + s : Độ trượt khi điện trở mạch rôto là Rr . + si : Độ trượt khi điện trở mạch rôto là Rrd . Từ đó ta có biểu thức tính mômen ứng với điện trở mạch rôto là Rrd . Ta thấy: Nếu Ir = const thì M = const và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy phương pháp này sử dụng cho truyền động có mômen tải không đổi. Sau đây ta xem xét phương pháp điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng phương pháp xung. II.1. Sơ đồ nguyên lý: Điện áp Ur được chỉnh lưu bởi cầu diot (CL), qua điện kháng lọc (L) cấp vào mạch điều chỉnh gồm Ro nối song song với khoá K. Khoá K được đóng ngắt một cách chu kỳ để điều chỉnh giá trị trung bình của điện trở toàn mạch. K Ur CL L Ro Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung trở rôto. II.2. Phương pháp điều chỉnh: Khi K đóng ® Ro ngắn mạch ® Rf = 0. Khi K mở ® Ro được đưa vào mạch ® Rf » Ro. Với tần số đóng ngắt nhất định nhờ có điện cảm L mà dòng điện rôto coi như không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương Rtđ trong mạch. Nếu điều chỉnh được tỉ số giữa thời gian đóng (tđ) và thời gian mở (tm) ta sẽ điều chỉnh được giá trị điện trở trong mạch rôto. tđ Ro tm Rtb Kmở Kđóng t Rf T Hình 2.2. Phương pháp điều chỉnh. Điện trở tương đương Rtd trong mạch một chiều được tính đổi về mạch xoay chiều ba pha ở rôto theo qui tắc bảo toàn công suất. + Tổn hao trong mạch rô to theo sơ đồ hình 2.1 là: DP = Id2 (2Rd+ Rtd). + Tổn hao khi mạch rô to nối sao như sơ đồ 1.11a là: DP = 3Ir2 (Rd + Rf). + Tổn hao công suất là như nhau nên: 3Ir2 (Rd + Rf) = Id2 (2Rd + Rtd) + Với sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha thì Id2 = 1,5Ir2 nên: Khi đã có điện trở tính đổi, ta dựng được đặc tính cơ theo phương pháp thông thường. Đặc tính cơ này được biểu diển như trên hình vẽ sau: w w1 g=0.8 M Mth g=0.01 Hình 2.3. Các đặc tính cơ. Khoá K này có thể là bộ chuyển mạch cơ khí như: công tắc, công tắc tơ,Tuy nhiên vì bộ chuyển mạch cơ khí thường có kích thước lớn, tần số tác động thấp, mặt khác tiếp điểm cần có buồng dập hồ quang và bộ truyền động. Nên hiện nay bộ chuyển mạch cơ khí ít được dùng trong mạch điện tử công suất. Hiện nay, hầu hết trong các mạch điện tử công suất, khoá K được thay thế bằng bộ chuyển mạch không tiếp điểm là các linh kiện bán dẩn công suất cho phép chuyển mạch dòng điện lớn, điện áp cao, điều khiển hoàn toàn tự động, công suất tiêu tán nhỏ, hiệu suất chuyển mạch cao. Sau đây em xin trình bày một vài sơ đồ nguyên lý có các linh kiện điện tử công suất thường dùng trong thực tế. Đồng thời nêu lên phạm vi sử dụng của từng loại linh kiện. II.3.Lựa chọn linh kiện: II.3.1.Thyristor: là linh kiện điện tử công suất có điều khiển do phòng thí nghiệm Bell Telephone sáng chế. Phạm vi ứng dụng: dùng ở dòng điện định mức từ 10 ¸ 5000A , điện áp định mức từ 200V ¸ 6kV, thời gian chuyển mạch từ 1 ¸ 200ms.Thyristor được sử dụng rộng rải trong các bộ chỉnh lưu có điều khiển và ứng dụng trong mọi lĩnh vực điện tử công suất. Sơ đồ nguyên lý: T Ur CL L Ro Hình 2.4.Điều chỉnh xung trở rô to bằng Thyrisror II.3.2.Transistor lưỡng cực công suất: BJT (Bipolar Jontion Transistor) Phạm vi ứng dụng: dùng ở dòng điện định mức từ 0.5 ¸ 500A và lớn hơn, điện áp định mức từ 30 ¸ 1200 V, thời gian chuyển mạch từ 0.5 ¸ 100 ms. Chủ yếu dùng để biến đổi DC - DC , phối hợp diot trong các bộ nghịch lưu. Hiện nay nó đang được thay thế dần bằng Transistor hiệu ứng trường (FET) và transistor lưỡng cực cổng cách ly (IGBT). Sơ đồ nguyên lý: B CL L Ur Ro E C Hình 2.5. Điều chỉnh xung trở rôto bằng BJT nguyên lý hoạt động :các chu kỳ đóng mở transistror được điều khiển bằng các xung điều khiển đưa vào cổng B. khi transistor đóng điện trở Ro bị loại ra khỏi mạch dòng điện tăng lên,khi transistor ngắt điện trở Ro đưa vào mạch, dòng điện giảm xuống với tần số đóng ngắt nhất định II.3.3.Transistor lưỡng cực cổng cách ly: IGBT (Insulated Gate Bipolar transistor). Phạm vi ứng dụng: dùng cho dòng điện định mức từ 10 ¸ 600A, điện áp định mức từ 600 ¸ 1700 V. Sử dụng phổ biến trong các bộ nghịch lưu từ 1 ¸ 100KW hoặc hơn và được sử dụng trong các lĩnh vực của điện tử công suất. IGBT nhanh hơn và dể sử dụng hơn BJT cung công suất. Sơ đồ nguyên lý: Ur CL L Ro E B C Hình 2.6.Điều chỉnh xung trở rôto bằng IGBT II.3.4.Mosfet công suất: hay transistor cổng cách ly. Phạm vi ứng dụng: làm việc ở tần số rất lớn đến 1MHz, dòng điện định mức đến 50 A, điện áp định mức đến 500 V, dùng trong bộ biến đổi công suất không lớn. Sơ đồ nguyên lý: Ur CL L Ro D S G Hình 2.7.Điều chỉnh xung trở rô to bằng Mosfet công suất. II.3.5. Kết luận: Thyristor:+ Ưu điểm: - Các trị số giới hạn rộng về dòng đến 3kA, về áp đến 5kV. - Chắc chắn, tổn hao dẩn nhỏ nhất, rẻ tiền. - Có thể chịu được điện áp thuận và ngược lớn. - Ứng dụng rộng rải ở tần số 50 ¸ 60 Hz, là dải tần số thường gặp trong thực tế. + Nhược điểm: - Tần số làm việc không cao 50 ¸ 60 hz. - Mở chậm và chỉ khoá được khi triệt tiêu được dòng điện tải. - Nhiệt độ làm việc không cao bằng MOSFET và IGBT. ® Tóm lại: Thyristor có khả năng quá tải cao, làm việc được ở chế độ nặng nề. MOSFET công suất: + Ưu điểm: - Làm việc ở tần số chuyển mạch cao trên 100KHz. - Tổn hao chuyển mạch nhỏ hơn so với IGBT và Thyristor. - Nhiệt độ làm việc cao hơn Thyristor và đến 2000C. - Mở dể dàng, điều khiển bằng điện áp. + Nhược điểm: - Giới hạn về dòng điện và điện áp bé hơn so với Thyrisror. Về dòng là 50A, về áp là 500V. - Tổn hao dẩn lớn hơn Thyrristor. ® Tóm lại: MOSFET công suất làm việc thích hợp với mạch có công suất trung bình. IGBT công suất: + Ưu điểm: - Tần số làm việc khá cao, đến 100KHz. - Giá thành rẻ. - Tổn hao dẩn ít hơn so với MOSFET. - Nhiệt độ làm việc lớn hơn so với Thyristor và đến 2000C. + Nhược điểm: - Tổn hao chuyển mạch lớn hơn MOSFET. - Giới hạn về dòng điện và điện áp lớn hơn MOSFET nhưng không bằng Thyristor. Về dòng là 400A và áp là 1.2KV. ® Tóm lại: IGBT không thích hợp với môi trường làm việc nặng nề. Vì hiện nay IGBT đang được thay thế dần BJT nên ta chỉ xét IGBT. II.4.Chọn phương án: Như trên ta thấy, mỗi một linh kiện đều có ưu và nhược điểm khác nhau như đặc điểm mở dễ dàng của MOSFET, Thyristor thì dễ bảo vệ chống lại sự cố còn Transistor thì không làm việc trong môi trường nặng nề và còn nhiều đặc điểm khác nửa. Nhưng theo em, em sẽ chọn Thyristor vì những ưu điểm như: có giới hạn về dòng và áp lớn, làm việc tin cậy, chắc chắn đồng thời có giá thành rẽ đủ để che lấp hết nhược điểm của nó. Bên cạnh đó, với đặc điểm của động cơ và yêu cầu là khoá chuyển mạch để đóng cắt điện trở phụ thì tấn số đóng cắt không lớn hơn 15KHz. Vì tần số dưới 15KHz, Thyristo làm việc rất hiệu quả nên em sẽ chọn Thyristor. CHƯƠNG III TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC Sơ đồ mạch động lực hoàn chỉnh: C1 Tc R1 C1 Tp R1 ATM D1 E20 Ro D6 D5 D4 D3 D2 L C2 D7 I2 Lk Hình 3.1.Sơ đồ mạch động lực Số liệu ban đầu: Nguồn : 220/380V, 3 pha, 50 Hz. ĐCKĐB rôto dây quấn: Pđm = 10 (KW) nđm = 1460 (vòng/phút). hđm = 0,82 cosjđm = 0,8 E20 = 204 (V) r1 = 0,45 (W) r2 = 0,167 (W) xnm = 0,8 (W) Qua chương I va kế hợp với yêu cầu đề tài ,ta thấy việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rô to dây quấn bằng phương pháp xung điện trở rôto là tối ưu hơn cả. diều chỉnh tốc độ bằng phương pháp này đảm bảo tính đối xứng 3 pha rôto thão mãn yêu cầu điều chỉnh vô cấp và khoang điều chỉnh rộng có thể tạo ra đặt tính cơ mong muốn. Hơn nữa phương pháp này phù hợp với những hệ truyền động có mômen cản không đổi. đặt tính ưu việt của phương pháp xung điện trở mạch rôto thông qua viêc đóng cát thiristor một cách tự động nên phương pháp này dễ tự động hóa. dây cũng là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong thời đại ngày nay. do vậy ta chọn sơ đồ mạch lực như hình (0 3-1)dưới đay làm sơ đồ thiết kế tính toán III.1.Tính các thông số: Công suất điện: Dòng điện stato: Hệ số trượt: Với n1 là tốc độ từ trường quay, vì nó không lớn hơn tốc độ định mức (nđm) nhiều nên ta chọn n1 = 1500 (v/p). Dòng điện rôto: + Vì dòng từ hoá (Io) bé hơn nhiều so với dòng điện stato (I1) và dòng điện rô to qui đổi về stato (I2’) nên ta coi: I1 = I2’ = 23,16 (A). + Mặt khác ta có: ® I2 = KI.I2’ Trong đó: - KI : Hệ số qui đổi dòng điện. KI chọn theo hệ số công suất cosj. Theo sách “Thiết kế máy điện”-Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh ở trang 244 thì khi cosj = 0,8 ® Chọn KI = 0,85. - I2 : Dòng điện rôto. Vậy: I2 = 0,85 . 23,16 = 19,7 (A). III.2.Tính chọn Diot: Trong phần này cũng như phần tính chọn van ở sau, các số liệu được lấy từ sách “Điện tử công suất” - Lê Văn Doanh, Trần Văn Thịnh, Nguyễn Thế Công biên soạn. Điện áp làm việc của van: Ulv = Knv.U2 Trong đó: + Knv: Hệ số điện áp ngược. Theo bảng 8.1 trang 246 Chọn Knv = Ö6. + U2 : Điện áp rôto. U2 = E20 = 204 (V). ® Ulv = Ö6 . 204 = 499,7 (V) Điện áp ngược của van: cần chộn lớn hơn điện áp làm việc. Unv = KdtU . Ulv Trong đó: + KdtU: Hệ số dự trữ, KdtU = 1,6 ¸ 2 Chọn KdtU = 2 ® Unv = 2 . 499,7 = 999,4 (V) Dòng điện làm việc của van: Ilv = Ihd = Khd.Id Trong đó: + Khd: Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng Theo bảng 8.2 trang 249. Chọn Khd = 0,58. + Với : I2 : dòng điện rô to. I2 = I2đm = 19,7 (A) K2 : Hệ số dòng điện. Đối với sơ đồ cầu 3 pha đối xứng thì K2 = 0,82. Dòng điện định mức của van: Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt với đủ diện tích tản nhiệt, không quạt đối lưu không khí. Iđmv = Ki.Ilv Với: Ki theo điều kiện tản nhiệt ở trên ta chọn. Ki = 4. ® Iddmv = 4. 13,9 = 55,6 (A) Để có thể chọn được van làm việc với các đại lượng định mức trên, ta tra bảng thông số các van, chọn van có Unv và Iđmv lớn hơn gần nhất với các thông số đã tính ở trên. Theo phụ lục I trang 653 ta chọn Điot 60NC15 với các thông số định mức sau: + Dòng điện định mức của van: Iđmv = 60 (A) + Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 1000 (V) + Độ sụt áp trên van: DU = 1,5 (V) + Dòng điện rò: Ir = 10 (mA) III.3.Tính chọn Thyristor: Để Thyrristor làm việc được và không bị đánh thủng, ta chọn Thyristor có điện áp ngược cực đại lớn hơn điện áp ngược đặt lên van khi làm việc thông thường. Dựa vào sơ đồ mạch động lực hình 3.1 ta thấy điện áp ngược đặt lên van chính là điện áp trên tụ phóng điện. Mà điện áp trên tụ chính là điện áp sau chỉnh lưu. Nên ta có: UlvT = UlvĐ = 499,7 (V) Điện áp ngược đặt lên Thyristor cần chọn lớn hơn điện áp làm việc. Ungmax = KdtU.UlvT = 2 . 499,7 = 999,4 (V) Với KdtU: là hệ số dự trữ. Chọn bằng 2. Khi van mở, có thể coi dòng điện qua Ro bằng 0 nên dòng điện sau chỉnh lưu chính là dòng qua van. Như vậy: IlvT = IlvĐ = 13,9 (A) Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt với đủ diện tích tản nhiệt, không quạt đối lưu không khí. Ta có dòng điện định mức qua van: Iddmv = Ki . IlvT = 4 . 13,9 = 55,6 (A) Với Ki = 4. Với điện áp ngược cực đại và dòng điện qua van định mức , dựa vào phụ lục II trang 660 ta chọn Thyristor T60N100V0F với các thông số định mức sau: + Điện áp ngược cực đại trên van: Unmax = 1000 (V) + Dòng điện định mức của van: Iđm = 60 (A) + Sụt áp trên van: DUmax = 1,8 (V) + Dòng điện rò: Irmax = 25 (mA) + Thời gian chuyển mạch: tcm = 180 ms + Biến thiên điện áp: du/dt = 1000 V/s III.4. Tính chọn cuộn kháng lọc: Sự đập mạch của điện áp chỉnh lưu làm cho dòng điện tải cũng đập mạch theo làm xấu chất lượng dòng điện một chiều ảnh hưởng tới chất lượng điều khiển. Để dòng điện tải bằng phẳng hơn ta mắc cuộn kháng lọc sau bộ chỉnh lưu. Giá trị cuôn kháng phải đủ lớn để đáp ứng được yêu cầu điều khiển. Giá trị của cuộn kháng được tính theo công thức sau: Trong đó: + Udmax: Biên độ thành phần sóng hài của điện áp chỉnh lưu. Đối với sơ đồ chỉnh lưu cầu Diot thì điện áp này là không đổi nên ta có. Udmax = Ulv = 499,7 (V) + K: Bội số sóng hài. Vì thành phần sóng hài bậc 1 ảnh hưởng lớn nhất đến điện áp chỉnh lưu nên ta chọn: K = 1 + m: Số lần đập mạch trong một chu kỳ. Đối với chỉnh lưu cầu ba pha: m = 6 + Idđm : Dòng điện định mức sau chỉnh lưu. Idđm = Ilv = 13,9 (A) + I1*%: Trị hiệu dụng của dòng điện sóng cơ bản, lấy tỉ số theo dòng định mức sau chỉnh lưu. I1*% = 10%Ilv = 10%.13,9 = 1,39 (A) + w: Tần số góc. w = 2pf = 2.3,14.60 = 376,8 (1/s) Vậy: III.5. Tính chọn Aptomat: Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, có khả năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Theo sơ đồ mạch động lực hình 3.1 ta chọn aptomat theo dòng điện định mức stato. IlvAp = (1,1 ¸ 1,3)I1đm . Trong đó: + I1đm = 23,16 (A) + Hệ số dự trữ là 1,3. ® IlvAp = 1,3 . 23,16 = 30,1 (A) Khi chọn Aptomat ta chọn aptomat có trị số giới hạn lớn hơn gần nhất với dòng điện làm việc của aptomat. Dựa vào tài liệu thiết kế của cô giáo Lưu Mỹ Thuận ta chọn aptomat do Merlin Gerin (Pháp) chế tạo loại V40H với: + Dòng điện định mức: Iđm = 40 (A) + Điện áp định mức: Uđm = 240 (V) III.6. Tính chọn các linh kiện khác: III.6.1.Tính chọn điện trở phụ Ro: Như đã biết, điện trở phụ Ro tạo ra đặc tính điều chỉnh mong muốn, Ro càng lớn thì phạm vi điều chỉnh càng rộng. Vì vậy ta lấy giá trị Ro lớn nhất có thể được. Giá trị Ro được xác định theo công thức: Trong đó: + UngmaxT = 400 (V) + Idmax = 13,9 (A) + Kv = 1,6 III.6.2. Tính chọn tụ C2: Trong đó: + toffTc : Thời gian chuyển mạch của Thyristor chính. toffTc = Tcm = 180 (ms) + Id : Dòng điện sau chỉnh lưu. Id = 13,9 (A) + Ud : Điện áp sau chỉnh lưu. Ud = 499,7 (V) Vậy chọn C2 = 7,51 (mF) III.6.3. Tính chọn điện cảm L Trong đó: + toffTc = tcm = 180 (ms) = 180.10-6 (s) + C = 7,51 (mF) = 7,51.10-6 (F) III.6.4. Tính chọn Diot D7 : Khi tính chọn Diot, 2 thông số quan trọng cần xác định để chọn đó là dòng điện định mức qua van và điện áp ngược đặt trên van. Ở đây điện áp ngược đặt trên van chính là điện áp ngược đặt lên Thyristor nên ta có: UngĐ = UngT = 499,7 (V) Để đảm bảo an toàn ta nhân thêm hệ số dự trữ. UngmaxĐ = KdtU.UngĐ = 2 . 499,7 = 999,4 (V) Dòng điện qua D7 phụ thuộc vào điện cảm L và tụ C2 nên được tính như sau: Trong đó: + C2 = 7,51 (mF) = 7,51.10-6 (F) + L = 17,25 (mH) = 17,25.10-4 (H) + Ud = 499,7 (V) Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt với đủ diện tích tản nhiệt, không quạt đối lưu không khí.Với điều kiện làm việc như trên ta có dòng định mức qua van là: IđmD7 = K1.ID7 = 4 . 32,97 = 131,88 (A) Với Ki = 4 : Chọn theo điều kiện làm mát. Vậy ta có : IđmD7 = 131,88(A) Ungmax = 999,4 (V) Theo phụ lục I trang 654 ta chọn Diot R43100TS có các thông số sau: + Imax = 150 (A) + Unmax = 1000 (V) + DU = 1,1 (V) + Ir = 200 (mA) III.6.5. Tính chọn mạch bảo vệ xung điện áp do đóng cắt van: (R1 và C1) R1 và C1 tạo thành mạch R-C có tác dụng bảo vệ xung điện áp do quá trình đóng cắt van. Khi có sự chuyển mạch, do phóng điện từ van ra ngoài tạo nên xung điện áp trên bề mặt tiếp giáp van. Mạch R-C mắc song song với van bán dẩn tạo thành mạch vòng phóng điện tích quá độ trong quá trình chuyển mạch van, R1 và C1 thường được chọn theo kinh nghiệm. R1 = (5¸30)W ® Chọn R1 = 30 (W). C1 = (0,3 ¸ 4) mF ®Chọn C1 = 4 (mF). CHƯƠNG IV TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN. Mạch điều khiển bộ biến đổi Thyristor dùng để hình thành và tạo ra các xung điều khiển có dạng xung và độ rộng xung nhất định, phân bố chúng theo các pha và thay đổi thời điểm đưa xung kích thông vào các van của bộ biến đổi. Thyrisror chỉ mở cho dòng chạy qua khi có điện áp dương đặt lên Anot và có tín hiệu đặt vào cực điều khiển, sau khi Thyristor mở thì xung điều khiển không còn tác dụng nữa. Chính vì vậy, sau khi kích thông các phần tử điều khiển thì mạch điều khiển không được gây ảnh hưởng tới trạng thái làm việc của chúng. Như vậy việc tính chọn mạch điều khiển rất là quan trọng, nó đóng vai trò chủ yếu trong việc quyết định chất lượng và độ tin cậy của bộ biến đổi. IV.1.Các yêu cầu về điều khiển: Các yêu cầu cơ bản của mạch điều khiển bộ biến đổi Thyristor phụ thuộc vào các chế độ làm việc và đặc tính của tải. Vì vậy các yêu cầu chính sẽ là: IV.1.1. Cần có một biên độ điện áp và dòng đủ lớn để kích thông một cách tin cậy các van. Cụ thể đối với Thyristor thì biên độ điện áp khoảng 10 - 20 V, dòng từ 20 - 200 mA. IV.1.2. Độ dốc sườn trước của xung càng cao thì việc mở Thyristor càng tốt đồng thời đốt nóng cục bộ càng giảm. Thông thường yêu cầu độ dốc sườn trước của xung điều khiển là 10V/ms. IV.1.3. Dải điều khiển phải rộng, dải này xác định bởi dạng và chế độ làm việc của các bộ biến đổi và đặc tính của tải. Ví dụ đối với chỉnh lưu cầu ba pha làm việc ở chế độ tải thuần trở thì góc điều khiển thông Thyristor phải thay đổi từ 0 ¸ 120o, còn đối với tải cảm kháng thì góc điều khiển cực đại là 90o, khi làm việc ở chế độ nghịch lưu thì góc điều khiển có thể tới 170o. IV.1.4. Phải đảm bảo các xung điều khiển theo pha. Nếu không đảm bảo đối xứng các xung điều khiển các Thyristor của các bộ biến đổi nhiều pha sẽ gây ra sự không cân bằng giá trị trung bình của dòng qua Thyristor. Sự mất đối xứng của xung điều khiển sẽ gây ra sự mất đối xứng của mạch lực dẩn đến nhiều tác hại khác. IV.1.5. Hệ thống điều khiển phải tác động nhanh và trong nhiều trường hợp phải đạt tới tốc độ một phần triệu giây. IV.2. Sơ đồ và nguyên lý điều khiển: IV.2.1.Sơ đồ khối mạch điều khiển: Tạo tần số So sánh Tạo xung Hình 4.1.Sơ đồ khối mạch điều khiển Khâu tạo tần số: Có nhiệm vụ tạo điện áp răng cưa Urc với tần số theo ý