Đồ án Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ 1 chiều kích từ độc lập không đảo chiểu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIÊP ___*****___ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT THIẾT KỀ NGUỒN CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHÔNG ĐẢO CHIỀU Giáo viên phụ trách : Đỗ Trọng Tín Họ và tên : Nguyễn Ngọc Thăng Lớp : Tự động hóa 1 – K 47 Nhóm ĐAĐTCS : I Số hiệu sinh viên : 20022615 §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng Hà Nội 7− 2005 MỤC LỤC MỤC LỤC ..........................................................................................................................................................2 ĐỀ BÀI : ............................................................................................................................................................4 LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................................................................5 CHƯƠNG 1 : ......................................................................................................................................................6 TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ............................................................................................6 I. CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .............................................................................................6 1. Phần tĩnh hay stato ........................................................................................................................6 2. Phần quay hay rôto ........................................................................................................................7 II. CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG: ...........................................................................................................8 III. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ........................................................................9 IV. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .......................................9 1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng ..................................................................9 2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông ................................................................................10 3. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp phần ứng ..........................................................................10 CHƯƠNG 2 : ....................................................................................................................................................11 CHỌN PHƯƠNG ÁN ......................................................................................................................................11 1. Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng .............................................................................11 2. Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển đối xứng ........................................................................13 3. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng ...............................................................................14 CHƯƠNG 3 : ...................................................................................................................................................16 THIẾT KẾ MẠCH LỰC ................................................................................................................................16 I .SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC ....................................................................................................................16 1. Sơ đồ ...................................................................................................................................................16 2.Nguyên lý hoạt động ...........................................................................................................................17 II .TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ: .............................................................................................................18 1 . Tính toán chọn máy biến áp: ...........................................................................................................18 2. Tính chọn van .....................................................................................................................................25 3. Tính toán bộ lọc. ................................................................................................................................26 2 §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng 4. Tính toán bảo van mạch lực. ..............................................................................................................29 CHƯƠNG 4 : ....................................................................................................................................................32 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .................................................................................................................32 I. CÂÚ TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN .........................................................................................................32 1. Cấu trúc điều khiển ngang. ................................................................................................................32 2 .Cấu trúc điều khiển dọc. ...................................................................................................................33 3. Chức năng điều khiển. ......................................................................................................................34 II. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN. .............................................................................................................35 1.Nguyên lý hoạt động : .........................................................................................................................37 2.Dạng điện áp mạch điều khiển ............................................................................................................37 III.TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN. .....................................................................................................39 1. Tính toán khâu đồng pha. ................................................................................................................39 2. Khâu tạo điện áp răng cưa. ...............................................................................................................40 3. Khâu so sánh. .....................................................................................................................................43 ................................................................................................................................................................43 4 . Khâu phát xung chùm. ......................................................................................................................44 5 . Khâu khuếch đại xung và biến áp xung. ...........................................................................................45 6. Khâu tạo nguồn nuôi. ......................................................................................................................49 ................................................................................................................................................................49 Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ®Ó cÊp cho m¸y biÕn ¸p xung vµ nu«i IC, c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, tèc ®é vµ ®iÖn ¸p ®Æt tèc ®é. ..................................................................................................49 7. Tính biến áp nguồn nuôi và đồng pha. ...............................................................................................50 8 .Khâu phản hồi tốc độ. .......................................................................................................................52 CHƯƠNG 5: .....................................................................................................................................................54 MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN ..............................................................................................................54 ...........................................................................................................................................................................54 KẾT LUẬN ......................................................................................................................................................55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................................................56 3 §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng ĐỀ BÀI : ThiÕt kÕ nguån cÊp ®iÖn cho ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp kh«ng ®¶o chiÒu cã c¸c th«ng sè sau: U®m ( V ) I®m ( A ) UkÝch tõ ( V ) IkÝch tõ ( A ) Ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é 220 140 220 15 20:1 Yªu cÇu : M¹ch ph¶i ®¶m b¶o ®é tr¬n vµ æn ®Þnh tèc ®é ,®ång thêi cã kh©u b¶o vÖ qu¸ t¶i vµ ch«ng mÊt kÝch tõ . §å ¸n gåm 5 ch¬ng nh sau : - Ch¬ng I : Giíi thiÖu chung vÒ ®éng c¬ mét chiÒu - Ch¬ng II : Chän ph¬ng ¸n m¹ch lùc - Ch¬ng III : TÝnh to¸n m¹ch lùc - Ch¬ng IV : M¹ch ®iÒu khiÓn - Ch¬ng V : M« pháng m¹ch ®iÒu khiÓn 4 §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng LỜI NÓI ĐẦU Trong nÒn s¶n suÊt hiÖn ®¹i ,m¸y ®iÖn mét chiÒu ®îc coi lµ mét lo¹i m¸y ®iÖn quan träng . Nã ®îc dïng lµm ®éng c¬ ®iÖn ,m¸y ph¸t ®iÖn hay dïng trong c¸c ®iÒu kiÖn lµm viÖc kh¸c . §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh tèc ®é rÊt tèt ,v× vËy m¸y ®îc dïng nhiÒu trong nh÷ng ngµnh c«ng nghiÖp cã yªu cÇu cao vÒ ®iÒu chØnh tèc ®é nh c¸n thÐp ,hµm má ,giao th«ng vËn tai … MÆc dï ®éng c¬ ®iÖn cã nhiÒu øng dông trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp ,nhng lu«n ®i kÌm víi nã lµ nh÷ng yªu cÇu vÒ ®iÖn ¸p ,dßng ®iÖn …ChÝnh v× vËy cÇn mét ph¬ng ph¸p nh»m ®¸p øng ®îc nh÷ng yªu cÇu trªn . §iÖn tö c«ng suÊt lµ lÜnh vùc kü thuËt hiÖn ®¹i ,nghiªn cøu nh÷ng øng dông c¸c linh kiÖn b¸n dÉn lµm viÖc ë chÕ ®é chuyÓn m¹ch vµo qu¸ trinh biªn ®æi ®iÖn n¨ng . HiÖn nay c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt chiÕm hon 30% trong sè c¸c thiÕt bÞ cña mét xÝ nghiÖp hiÖn ®¹i . Nhê chñ tr¬ng më cöa ngµy cµng cã thªm nhiÒu xÝ nghiÖp míi, d©y truyÒn s¶n xuÊt míi ,®ßi hái c¸n bé kü thuËt vµ kü s ®iÖn nh÷ng kiÕn thøc vÒ ®iÖn tö c«ng suÊt vÒ vi m¹ch vµ vi xö lý . XuÊt ph¸t tõ yªu cÇu thùc tÕ vµ tÇm quan träng cña bé m«n ®iÖn tö c«ng suÊt c¸c thÇy c« trong bé m«n ®iÖn tö c«ng suÊt ®· cho chóng em tõng bíc tiÕp xóc víi viÖc thiÕt kÕ th«ng qua ®å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt . §èi víi nh÷ng sinh viªn n¨m thø 3 ,®©y lµ lÇn ®µu tiªn tiÕp xóc víi thùc tÕ .ChÝnh v× v©y , trong qu¸ tr×nh thc hiÖn ®å ¸n kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt nªn em kÝnh mong th©y c« th«ng c¶m vµ bá qua cho chóng em . 5 §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy c« trong bé m«n Tù ®éng ho¸ xÝ nghiÖp c«ng nghiÖp vµ ®¨c biÖt lµ thÇy gi¸o §ç TRäNG TÝN ®© tËn tinh hø¬ng dÉn em hoµn thµnh ®å ¸n nµy . Sinh viªn D¬ng §øc Anh Chương 1 : TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay dùng trong những điều kiện làm việc khác. Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, có nhiều ưu việt hơn so với loại động cơ khác. Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Động cơ điện một chiều được dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao vể điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải… I. CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Cấu tạo động cơ điện một chiều có thể chia thành hai phần chính là phần tĩnh (stato) và phần quay (rôto) 1. Phần tĩnh hay stato Đây là phần đứng yên của động cơ, bao gồm các bộ phận chính sau: a. Cực từ chính : 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 cácbon dày 0,5 mm đến 1 mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ nhỏ có thẻ 6 §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ 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 và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này được nối nối tiếp với nhau. b. Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt giữa 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 tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ cũng được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. c. Gông từ : Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động cơ nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong động cơ điện lớn thường dùng thép đúc. Có thể dùng gang làm vỏ máy trong động cơ điện nhỏ. d. Các bộ phận khác : - Nắp động cơ : Để bảo vệ động cơ khỏi bị những vật ngoài rơi vào làn hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong động cơ điện nhỏ và vừa, nắp động cơ còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp động cơ thường làm bằng gang. - Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt 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 chặt lại. 2. Phần quay hay rôto Phần quay gồm có những bộ phận sau: a. Lõi sắt phần ứng Lõi sắt phần ứng dùng để đẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0,5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. Trong những động cơ cỡ trung trở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành từng đoạn nhỏ. Giữa các đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. Khi động cơ làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong động cơ điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép chặt trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn hơn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết 7 §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto. b. Dây quấn phần ứng Dây quấnphần ứng là phần 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 động cơ điện nhỏ (công suất dưới vài kilôoat) thương dùng dây có tiết dện tròn. Trong động cơ điện vừa và lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn đựợc cách điện cẩn thẩn với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra so sức ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakêlit. c. Cổ góp Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng. d. Các bộ phận khác : - Cánh quạt : dùng dể quạt gió làm nguội động cơ. Động cơ điện một chiều thường được chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp động cơ có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục động cơ. 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 động cơ. - Trục động cơ : trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục động cơ thường được làm bằng thép cácbon tốt. II. CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG: Phương trình đặc tính cơ điện : ω = φK U u - φK RR fu + Iư Phương trình đặc tính cơ : ω = φK U u - 2)( φK RR fu + M Từ phương trình đặc tính trên ta thấy có 3 thông số ảnh hưởng tới đặc tính cơ: - Ảnh hưởng của điện trở phần ứng : Để thay đổi điện trở phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng. Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. - Ảnh hưởng của điện áp phần ứng : Khi giảm điện áp thì mômen ngắn mạch giảm, dòng điện ngắn mạch giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với 1 phụ tải nhất định. - Ảnh hưởng của từ thông : Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng Ikt động cơ. Khi giảm từ thông thì vận tốc động cơ tăng. 8 §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng III. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập. Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn Ukt, dây cuốn kích từ sinh ra từ thông Φ. Trong tất cả các trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo có Φmax tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ Rkt đến nhỏ nhất có thể. Cũng cần đảm bảo không xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ không quay được, do đó Eư = 0 và theo biểu thức U = Eư + RưIư thì dòng điện Iư sẽ rất lớn làm cháy động cơ. Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản (M > Mc) rôto bắt đầu quay và suất điện động Eư sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n. Do sự xuất hiện và tăng lên của Eư, dòng điện Iư sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn. IV. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Từ biểu thức : ω = φK U u - 2)( φK RR fu + M ta thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có thể thực hiện được bằng cách thay đổi các đại lượng Φ, Rư, U. 1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng Ứng với mỗi giá trị của Rf có một đặc tính cơ khác nhau trong đó Rf = 0 là đặc tính cơ tự nhiên. Ta thấy nếu Rf càng lớn thì đặc tính cơ sẽ có độ dốc càng cao nghĩa là tốc độ thay đổi nhiều khi tải thay đổi. Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ quay định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lượng 9 ω Mc ω 0 Rn(TN) R f1 §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ điện. Vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng ở động cơ có công suất nhỏ 2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mômen điện từ của động cơ M = K.Φ.Iư và sức điện động quay của động cơ Eư = K.Φ.ω Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến: ik = kb k rr e + + ωk dt dφ trong đó rk – điện trở dây quấn kích thích rb – điện trở của nguồn điện áp kích thích ωk – số vòng dây của dây quấn kích thích Thường khi điều chỉnh điện áp phần ứng được giữ nguyên bằng giá trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức và được gọi là đặc tính cơ bản. Vì βΦ = uR K 2)( φ nên độ cứng đặc tính cơ giảm rất nhanh khi ta giảm từ thông để tăng tốc độ cho động cơ 3. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp phần ứng Khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên. 10 n (3) (2) (1) §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp ( giảm áp ) thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng được dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động. Chương 2 : CHỌN PHƯƠNG ÁN Nguồn điện một chiều cấp cho động cơ điện một chiều có thể lấy được từ nhiều cách khác nhau. Lấy trực tiếp từ máy phát điện một chiều hoặc có thể dùng bộ biến đổi một chiều. Trong thực tế, bộ biến đổi một chiều có thể dễ dàng thiết kế nhờ các mạch chỉnh lưu sử dụng các van bán dẫn. Hơn nữa, các mạch chỉnh lưu sử dụng van điều khiển còn có thể dễ dàng điều khiển được theo yêu cầu của từng loại tải. Do các ưu điểm đó, ta sẽ thiết kế nguồn một chiều thông qua các mạch chỉnh lưu điện áp xoay chiều lấy từ lưới điện. Dưới đây là một số mạch chỉnh lưu cơ bản và hay được sử dụng. 1. Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng - Các van dẫn lần lượt theo từng cặp (T1, T2) và (T3, T4). 11 ω ω 01 U dm (TN) ω 03 U 1 ω 04 §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng - - Góc mở van α, góc dẫn các van λ 0 – α : T1, T2 dẫn α – α + λ : T3, T4 dẫn, đồng thời T1, T2 khóa lại Công thức: Udα = pi 22 U2cosα = 0,9U2cosα Idα = Rd U dα Iv = 2 dI Sba = 1,23Pd Ungmax = 2 U2 I2 = 1,11Id * Nhận xét: 12 §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng Chỉnh lưu cầu một pha sử dụng rộng rãi trong thực tế, nhất là với cấp điện áp tải lớn hơn 10V. Dòng tải có thể lên tới 100A. Ưu điểm của nó là không nhất thiết phải có biến áp nguồn. Tuy nhiên do số lượng van gấp đôi hình tia nên sụt áp trong mạch van cũng tưng gấp đôi. Do đó nó không phù hợp với tải cần có dòng lớn nhưng điện áp nhỏ. 2. Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển đối xứng - Dòng điện id phẳng do Ld rất lớn. - Hoạt động của mạch với góc điều khiển α θ : 00 – 30 + α : T3 dẫn θ : 30 + α – 1500 + α : T1 dẫn θ : 150 + α – 2700 + α : T2 dẫn Các van hoạt động riêng, độc lập R1 L1 T3 T2 T1 Công thức: Udα = pi2 63 U2cosα = 1,17U2cosα Idα = Rd U dα Iv = 3 dI Sba = 1,35Pd Ungmax = 6 U2 I2 = 0,58Id * Nhận xét: Chỉnh lưu tia 3 pha cần có biến áp nguồn để đưa điểm trung tính ra tải. Công suất máy biến áp này hơn công suât một chiều 1,35 lần, tuy nhiên sụt áp trong mạch van nhỏ nên thích hợp với phạm vi điện áp thấp. Vì sử dụng nguồn ba pha nên cho 13 §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng phép nâng công suất tải lên nhiều (đến vài trăm ampe), mặt khác độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước bộ lọc cũng nhỏ đi nhiều. 3. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng - Hoạt động của mạch: các van nhóm lẻ thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm katốt chung UKC, các van nhóm chẵn thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm anốt chung UAC. - Công thức: Udα = Udocosα = pi 63 U2cosα id = Id = d d R U α Itbv = 3 dI Ungmax = 6 U2 Sba = 1,05Pd I2 = 0,816Id * Nhận xét: Chỉnh lưu 3 pha sơ đồ cầu là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế vì nó có nhiều ưu điểm hơn cả. Nó cho phép có thể đấu thẳng vào lưới điện ba pha, độ đập mạch nhỏ 5%. Nếu có sử dụng máy biến áp thì gây méo lưới điện ít hơn các loại trên. Đồng thời, công suất mạch chỉnh lưu này có thể rất lớn đến hàng trăm kW. 14 §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng Nhược điểm của mạch này là sụt áp trên van gấp đôi sụt áp trên van trong mạch sơ đồ hình tia. Chọn mạch van: Theo yêu cầu của đề bài: Uđm = 220V, Iđm = 140A ta có công suất của động cơ là Pđm = Uđm. Iđm = 220*140 = 30800 W = 30,8 kW Công suất này khá lớn nên ta sử dụng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha. Mặt khác yêu cầu nguồn cung cấp cho động cơ phải điều chỉnh được điện áp, điện áp điều chỉnh phải trơn nên ta chọn van phải là van điều khiển. Như vậy ta sẽ chọn mạch lực là mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. Ta sử dụng lưới điện ba pha có điện áp pha 220V, như vậy điện áp ra của mạch chỉnh lưu là: Udα = pi 63 U2cosα = 2,34.220.cosα = 514,8cosα Suy ra α = arccos 8,514 dU Theo đề bài: dải điều chỉnh của động cơ là 20:1, điện áp định mức của động cơ là 220V ứng với vận tốc định mức của động cơ. Như vậy điện áp ứng với vận tốc nhỏ nhất điều chỉnh được của động cơ là 220:20 = 11V. Với Ud = 220V thì αmin = arccos 8,514 dU = arccos 8,514 220 = 64,70 Với Ud = 11V thì αmax = arccos 8,514 dU = arccos 8,514 11 = 88,80 (αmin - αmax ) nằm trong khoảng điều chỉnh được của góc mở α (khoảng nhỏ hơn 1500). Như vậy ta có thể sử dụng mạch chỉnh lưu này đấu trực tiếp vào lưới điện, không cần thông qua biến áp.Nhng do gãc ®iÒu khiÓn αmin qu¸ lín nªn cÇn dïng mét biÕn ¸p nh»m t¨ng dµi ®iÒu chØnh . Kết luận: Qua xem xét và tính toán ở trên, ta chọn mạch lực là mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng và cần dùng biến áp nguồn 15 §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng Chương 3 : THIẾT KẾ MẠCH LỰC I .SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 1. Sơ đồ 16 §å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng BA AT KKK A V RI § KT L A B C FT R R R RR R R R R C C