Thiết kề nguồn cấp điện cho động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập không đảo chiều

, 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. w w01 Udm(TN) w03 U1 w04 U2 M(I) U3 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). 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 = U2cosα = 0,9U2cosα Idα = Iv = Sba = 1,23Pd Ungmax = U2 I2 = 1,11Id * Nhận xét: 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 Công thức: Udα = U2cosα = 1,17U2cosα Idα = Iv = Sba = 1,35Pd Ungmax = 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 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 = U2cosα id = Id = Itbv = Ungmax = 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. 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 = U2cosα = 2,34.220.cosα = 514,8cosα Suy ra α = arccos 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 = arccos = 64,70 Với Ud = 11V thì αmax = arccos = arccos = 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.Nhưng do góc điều khiển amin quá lớn nên cần dùng một biến áp nhằm tăng dài điều chỉnh . 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 Chương 3 : THIẾT KẾ MẠCH LỰC I .SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 1. Sơ đồ 2.Nguyên lý hoạt động Điện áp lưới sau khi qua Atômát và Rơle được đưa tới biến áp lực .Biến áp lực có nhiệm vụ thay đổi điện áp đến giá trị mong đợi ,từ đây điện áp được cung cấp cho hệ thông chỉnh lưu Thyristo cầu 3 pha đối xứng . Sau đó cung cấp động cơ làm việc với giá trị điện áp này .Động cơ hoạt động đươc là do một hệ thống kích từ độc lập . Khâu phát tốc dung để diều chỉnh diẹn áp làm việc của động cơ . II .TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ: Thông qua phương án lựa chọn chỉnh lưu cầu 3 pha ở chương 2 cùng với sơ đồ mạch lực đã trình bày ở trên ta thấy cần tính toán các thiết bị sao cho thật phù hợp . Các thiết bị chính cần tính toán ở đây bao gồm : Máy biến áp ,van ,thiết bị bảo vệ ,cuộn cảm . 1 . Tính toán chọn máy biến áp: Các đại lượng cần thiết cho tính toán một máy biến áp chỉnh lưu cầu 3 pha a. Điện áp chỉnh lưu không tải Ud0 = Ud +∆Uba +∆Uv +∆Uck Trong đó : Ud0 : Điện áp chỉnh lưu không tải Ud : Điện áp chỉnh lưu . ∆Uba : Sụt áp trên biến áp . ∆Uv : Sụt áp trên van . ∆Uck : Sụt áp trên cuộn kháng Do theo yêu cầu của đề bài ,đối với sơ đồ cầu 3 pha ta có các thông số sau : ku =2.34 ; ks =1.05 ; kγ =3/p ; m = 3 ; Theo các giá trị sụt áp trên van ta tính được như sau : Ud0 = (1) Trong đó : ∆Uba =11 (V) ; ∆Uv = 1.15 (V) ; ∆Uck =11 (V) ; ∆U1 =0.05 a = b = Thay vào công thức 1 ta có : Ud0 = b . Xác định công suất tối đa của tải : Pdmax = Ud0*Id =275*140 =38500 (W) =38.5(kW) c . Công suất máy biến áp nguồn được tính Sba =ks * Pdmax =1.05*38500 =40.425(VA) » 40(kVA) d . Điện áp định mức phía thứ cấp : U2đm = Hệ số máy biến áp : kba = e . Tính toán sơ bộ mạch từ : Tiết diện trụ QFe của lõi thép biến áp được tính từ công thức : QFe =kQ Trong đó : kQ : Hệ số phụ thuộc làm mát . Chọn kQ = 5 Theo thực nghiệm sản suất thông thường : QFe =5* Đường kính trụ: Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 10(cm) Chọn loại thép E330 các lá thép có độ dày 0,5 mm f. Tính toán dây quấn máy biến áp . * / Tính toán điện áp của các cuộn dây . - Điện áp cuộn dây thứ cấp : U2 = - Điện áp cuộn dây sơ cấp U1 bằng điện áp nguồn cấp . */ Tinh dòng điện trong các cuộn dây . Ta có : I2 = * / Tính vòng dây của mỗi cuộn dây ; Ta có : Số Vôn/vòng = 4.44*B*Q*f*10-4 B = 1.5 (T); Q=84(cm2); f = 50(Hz) Thay số : Số vòng dây của cuộn một : Số Vôn/vòng = 4.44*1.5*84*50*10-4 =1.8648 W1 = ( Số Vôn/vòng)*U1 = 1.8648*220 = 410(vòng) W2 =(Số Vôn/ vòng)*U2 = 1.8648*124 = 232 (vòng) * / Tính toán tiết diện dây quấn . SCu = Trong đó : I : Cường đọ òng điện trong các cuộn dây J : Mật độ dòng điện trong các cuôn dây Chọn J = 2.75 ( A/mm2 ) Thay số : SCu1 = Þ D1 = Chọn SCu2 = Scu1 = 66(mm2) Þ D2 = D1 = 9(mm) g . Tính toán kích thước mạch từ . Do theo yêu cầu của đầu bài , ở đây công suất lớn nên phải dùng trụ có nhiều bậc . Chọn lá thép có độ dày : 0.5(mm) Diện tích của sổ cần thiết : QCS = QCS1 +QCS2 Với : QCS1 = klđ*W1*SCu1 ; QCS1 = klđ*W2*SCu2 Trong đó : QCS1, QCS2 : Phần do cuộn sơ cấp và thứ cấp chiếm chỗ W1 ,W2 : Số vòng dây sơ cấp và thứ cấp klđ : Hệ số lấp đầy , chọn klđ = 2.5 Thay số : QCS = 2.5*410*66 + 2.5*232*66 =105930 (mm2) =106 (cm2) h .Tính kích thứơc cửa sổ : Khi đã có diện tích cửa sổ QCS cần chọn các kích thước cơ bản là chiều cao h và chiều rộng ccủa cửa sổ mạch từ .Tuỳ theo thiết kế mà chọn giá trị cơ bản c và h . Thong thưòng chọn theo hệ số phụ như sau : m = = 2.5 ; n = = 0.5 ; l = = 1 ¸1.5 Tính toán ta được : a = 10 (cm) ; b = 12(cm) ; c = 6(cm) ; h = 25(cm) Chiều rộng toàn bộ mạch từ là : C = 2*c +3*a = 42 (cm) Chiều cao toàn bộ mạch từ la : H = h + 2*a = 45 (cm) i . Tính kết cấu dây quấn . Dây quấn được bố trí theo dọc trụ , mỗi quận dây quấn thành nhiều lớp . Mỗi lớp được quấn liên tục, các vòng dây sát nhau, Các lớp dây cách nhau bằng một bìa cách điện. - Số vòng dây trên mỗi lớp: + Kết cấu dây quấn sơ cấp : Khi dây quấn tiết chữ nhật : W1L= = Trong đó: h : chiều cao cửa sổ. bn : bề rộng dây quấn kể cả cách điện. hg : khoảng cách cách điện với gông: hg = 5(mm) ke : hệ số ép chặt ke = 0.95 Số lớp dây trong cửa sổ được tính bằng tỷ số số vòng dây W của cuộn W1 hoặc W2 cần tính trên số vòng dây trên một lớp. W1d = = Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp : - Tính chiều dài của các cuộn dây đồng Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy : S01=0,1 (cm) Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp a01= 1,0(cm) Đường kính trong của ống cách điện Dt = dfe + 2 . a01 – 2 .S 01 = 10 + 2.1 - 2.0,1 = 11,8(cm) Đường kính trong của cuộn sơ cấp Dt1 = Dt + 2 . S01 = 11,8 + 2 . 0,1 = 12(cm) Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp cd11 = 0,1(mm) Bề dày cuộn sơ cấp Bd1 = (a1 + cd11) . n11 = (1,45+0,1).6,1 = 8,9(mm) = 0,89(cm) Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp Dn1 = Dt1 + 2 . Bd1 = 12 + 2.0,89 = 13,78(cm) Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp : Dtb1 = ( Dt1 + Dn1 ) / 2 = (12 + 13,78 )/2 = 12,89 (cm) Chiều dài dây cuộn sơ cấp : l1 = W1 . p . Dtb = 410. p. 12,89 = 16603,0 (cm) = 166,03 (m) Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp : cd01 = 1,0(cm) + Kết cấu dây quấn thứ cấp Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp h1 = h2 = 25 (cm) Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp: (vòng) Tính sơ bộ số lớp dây quấn trên cuộn thứ cấp : (lớp) (Chọn số lớp dây cuốn n12 = 4 lớp ,). Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp : (cm) Khoảng cách từ trụ tới cuộn thứ cấp là: a12= 1,0 (cm) Đường kính trong của cuộn thứ cấp : Dt2 = Dn1 + 2 . a12 = 13,78 + 2.1,0 = 15.78 (cm) Þ rt2 = Dt2/2 =7,89 (cm) Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp cd22 = 0,1(mm) Bề dầy cuộn thứ cấp : Bd2 = (a2 + cd22) .n12 = (0,145 + 0,01) . 4 = 0,62 (cm) Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2 + 2 .Bd2 = 15,78+ 2 . 0,62 = 17,02(cm) Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp : Dtb2 = ( Dt2 + Dn2 ) / 2 = (15,78 + 17,02) / 2 = 16,4(cm) Chiều dài dây quấn thứ cấp : l2 = p . w2 . Dtb2 = p. 232.14,76 = 11953,13(cm) Þl2 » 119,53 (m) Đường kính trung bình các cuộn dây: D12 = ( Dt1 + Dn2 ) / 2 = (12 + 17,02 )/2 = 14,51(cm) Þ r12 = D12/2 =6,43 (cm) j) Khối lượng sắt: Khối lượng sắt bằng tích thể tích sắt trụ và gông nhân với trọng lượng của sắt. MFe = VFe . mFe VFe : thể tích khối sắt. VFe = QFe .( 3h+ 2c) = 0.84* (3*2,5 +2*5) = 14,7 (dm3) mFe = 7,85. QFe(3h+ 2c) = 115,395 (kg) l) Khối lượng đồng: Khối lượng đồng được tính tương tự khối lượng sắt. MCu = VCu . mCu Trong đó: VCu : thể tích khối đồng. VCu = SCu . l SCu : tiết diện dây đồng. l : chiều dài dây đồng. mCu = 8,9 Kg/dm3. Thay số : MCu = 8,9. SCu . l = 16.7(kg) m) Tổng sụt áp bên trong biến áp * Điện áp rơi trên trở: ∆Ur = [R2 + ] Id Trong đó: R1, R2: điện trở thuận của các cuộn dây R1 = rCu = 0.0000172* =0.043 (W) R2 = rCu = 0.000072* =0.031 (W) Với rCu = 0,0000172 Wmm. Id : dòng tải một chiều. * Điện áp ra trên quận kháng: ∆Ux = Trong đó: mf: số pha biến áp. W2 : số vòng dây thứ cấp biến áp. Rbk: bán kính dây thứ cấp. l : chiều cao lá thép. h : Chiều cao cửa sổ lõi thép cd : bề dày cách điện của các cuộn dây với nhau . Chọn cd = 2 (mm) Qua tính toán: Xn = 0.00597 (W) ∆Ux = 0.800(V) Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp: h) Điện trở ngắn mạch Rnm = R2 + * R1 Rnm = 0. 014 o) Tổng trở ngắn mạch Z nm = = =0.015(W) p) Tính điện áp phần trăm ngắn mạch Unm% = 100. = 1.79 (%) q) Dòng điện ngắn mạch: Inm = = Nhận xét: kết quả tính được ở trên chỉ hoàn toàn có ý nghĩa về lý thuyết còn thực tế khi lắp biến áp cần quan tâm đến rất nhiều vấn đề khác như: làn mát, cách điện… 2. Tính chọn van Các van trong mạch chỉnh lưu công suất làm việc với dòng điện lớn, điện áp cao, công suất phát nhiệt trên nó khá mạnh vì vậy công việc chọn van phải hợp lý mới đảm bảo mạch hoạt động tin cậy. Khi chọn van cần quan tâm tới 2 chỉ tiêu: chỉ tiêu dòng điện và chỉ tiêu điện áp. *) Tính chọn van theo chỉ tiêu dòng điện: Theo yêu cầu của đề bài: I = 140(A), tra bảng 1.1 ta có: Itby= = 46,67(A) Khi làm việc, dòng diện qua động cơ, các van thường xuyên làm việc ở chế độ quá tải nên ta chọn hệ số dự trữ klv = 2. Ở đây ta sử dụng ché độ làm mát tự nhiên, dòng điện cho phép chỉ bằng 25% dòng định mức. Như vậy dòng trung bình qua van: Iv = 46,67.1,5:25%= 280(A) *) Tính chọn van theo chỉ tiêu điện áp - Độ dao động của điện áp: 10% - Trị hiệu dụng của điện áp nguồn U2 lớn nhất: U2max = U2+ 10%U2 = 123,59 + 12,359 U2max = 135,949 (v) Tra theo bảng ta có: U2ngmax = U2max = 333,00(v) Chọn hệ số dự trữ về áp cho van bằng 1,7 thì điện áp qua van: U2v = 1,7U2ngmax = 1,7 . 333 = 566,11(v) Tra theo sổ tay điện tử công suất ta chọn van Thyristo T14-320-6 3. Tính toán bộ lọc. Vì hệ số chỉnh lưu cầu 3 pha là: Kđmv = 0,057 nên mạch lọc có hệ số san bằng: Ksb = Ta có điện trở tương đương: Rd = Do R1 không lớn , Ksb không lớn nên bộ lọc được chọn là điện cảm L = (mH) *) Tính kích thước lõi thép: - Kích thước cơ sở: a = 2,6 Chọn a = 10 (cm) b = 1,2a = 12 (cm) c = 0,8a = 8(cm) h= 3a = 30(cm) - Tiết diện lõi thép: Sth = ab = 10.12 = 120 (cm2) - Diện tích của sổ : = h.c = 30.8 = 240 (cm2) - Độ dài trung bình đường sức: lth = 2 (a+b+c) = 2(12+8+10) = 60(cm) - Độ dài trung bình dây quấn: ldq= 2(a+b) + pc = 2(10+12) + p8 = 69,13(cm) - Thể tích lõi thép: Vth = 2ab (a+h+c) = 11520 (cm3) *) Tính điện trở của dây quấn ở t0 = 200C đảm bảo độ sụt áp cho phép: ∆U = 7,5%Uđm = Tmt = 400C ; ∆T = 500C Theo tính toán: r20 = r20 = 0,091(W) *) Số vòng dây của cuộn cảm W = 414 *) Tính mật độ từ trường H = *) Tính cường độ từ cảm b = *) Tính hệ số từ thẩm: Theo thực nghiệm ta có: m = 542. Trị số điện cảm nhận được Ltt = *) Tiết diện dây quấn s = 0,072. Đường kính của dây quấn d = 1,13 = 6,27(mm) Chọn dây có d= 6(mm) *) Xác định khe hở tối ưu: lkk = 1.6.10-3. W .I = 1,6.10-3.232.22,0 = 51,968(m) Vì trên đường đi mạch từ có hai đoạn khe hở nên miếng đệm cơ đo chiều dầy băng 1/2lkk. lđệm = 0,5.lkk = 26(mm) *) Kích thước cuộn dây Chọn dây quấn dầy 0,5mm, độ cao sử dụng dây quấn. hssd = h - 2∆C = 30-2.05 = 29 (cm) - Số vòng dây trong 1 lớp: W' = Vậy 1 lớp quấn 48 vòng. - Tính số lớp dây: n = Vậy cần quấn 5 lớp. - Độ dày của cả cuộn dây ∆cd = n(d + ∆cd) Trong đó: ∆cd = 1(mm) ∆cd = 5(0,6 + 0,1) = 3,5(cm) Độ dày của quận dây ∆cd bằng một nửa kích thước cửa số c = 8(cm) nên dây lọt vào trong cửa sổ. *) Kiểm tra chênh lệch nhiệt độ: PCu = SCu = 2hsd (a+b+p∆cd) + 1,4. ∆cd ( p∆cd + 2a) SCu = 3065,6 (cm2) Hệ số phát nhiệt: a = 1,03. 10-3 Độ chênh lệch nhiệt độ: ∆Ttt < ∆T cho phép Þ Thoả mãn 4. Tính toán bảo van mạch lực. Trong bộ chỉnh lưu phần tử kém khả năng chịu được các biến động mạnh của biến áp và của dòng điện chính là các van bán dẫn. *) Bảo vệ về quá dòng Thực tế do yêu cầu của đề bài mà bắt buộc ta phải dùng đến biến áp. Vì vậy thực chất trong mạch đã có bảo vệ quá dòng nên chỉ cần lắp atomat đầu mạch biến áp. *) Bảo vệ quá áp do phía nguồn xoay chiều gây ra, ở đây ta dùng mạch RC để chống quá áp nguồn kiểu riêng rẽ từng pha. +) Tính hệ số biến áp của van k = +) Tính năng lượng từ trường tích luỹ trong biến áp: W = 0,5. Lm. I2mmax = Trong đó: Lm : điện cảm từ hoá biến áp I2mmax:biên độ dòng từ hoá Sba : công suất biến áp I2 : dòng điện thứ cấp biến áp +) Tính giá trị nhỏ nhất Cmin = +) Phạm vi điều chỉnh giá trị điện trở pha Thông thường qua tính toán và kinh nghiệm người ta thường chọn R = 80(W) C = 0,25(mF) *) Bảo vệ các sung áp trên van Biện pháp bảo vệ thông dụng nhất hiện nay là dùng mạch RC mắc song song với van và càng gần van càng tốt để xây dựng dây ngắn tối đa. Thực chất chỉ cần tụ C song vì van sẽ xuất hiện dòng điện phóng của tụ qua van làm nóng thêm cho van nên cần dùng một điện trở R nhằm hạn chế dòng này trong phạm vi 1050A. Tuy nhiên có thể dùng phương pháp đồ thị tính gần đúng. +) Tính hệ số quá áp trên van : .... K = Trong đó : Ungcp: điện áp ngược lớn nhất thường xuyên đặt lên van Untt : điện áp ngược thực tế lớn nhất - Tra bảng và đồ thị: Xác định C*, R*, R*max theo k +) Tính tối đa giảm dòng lớn nhất khi van khoá - Trong đó: fy: tần số chuyển mạch của van Iymax: giá trị dòng điện lớn nhất qua van trước khi khoá. +) Tính các trị số: Cmin = Rmin£ R' +) Kiểm tra tốc độ tăng áp thuận qua van du/dt với Rf điện trở tải Nếu giá trị này vượt quá giá trị cho phép của van thì lại tính lại như đầu. +) Tính công suất điện trở Theo thực nghiệm được tính gần đúng: PR = fy. C. U2ymax Trên đây là toàn bộ công việc tính toán của mạch động lực. Hầu như được dựa trên kinh nghiệm thực tế của các thầy cô giáo. Vì vậy có một số kết quả thực tế được công nhận.  Chương 4 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN Sau khi thiết kế và tính toán mạch lực ta nhận thấy cần có một hệ thống đúng để điều khiển mạch lực nói trên. Mạch điều khiển này phải đáp ứng được nhu cầu cầnthực hiện của mạch điều khiển. Có hai hệ điều khiển cơ bản là hệ đồng bộ và hệ không đồng bộ - Hệ đồng bộ: Trong hệ này góc điều khiển mở, van a luôn được xác định xuất phát từ một thời điểm cố định của điện áp mạch lực. Vì vậy trong mạch điều khiển phải có một khâu thực hiện nhiệm vụ này gọi là khâu đồng bộ để đảm bảo mạch điều khiển hoạt động theo nhịp của điện áp lực. - Hệ không đồng bộ: Trong hệ này a không xác định theo điện áp lực mà được tính dựa vào trạng thái của tải chỉnh lưu và góc điều khiển của lần phát xung mở van ngay trước đó. Do đó mạch điều khiển loại này không cần khâu điều khiển đồng bộ. Tuy nhiên để bộ chỉnh lưu hoạt động bình thường bắt buộc phải thực hiện điều khiển theo mạch vòng kín. Hiện nay đại đa số các mạch chỉnh lưu điều khiển thực hiện theo sơ đồ đồng bộ vì khâu đồng bộ có ưu điểm hoạt động ổn định và dễ thực hiện. I. CÂÚ TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN 1. Cấu trúc điều khiển ngang. a. Sơ đồ TX KĐX DF ĐB 1 2 3 4 Uđk 5 Trong đó: 1 - Khâu đồng bộ 2 - Khâu dịch pha 3 - Khâu tạo xung 4 - Khâu khuyếch đại xung 5 - Khâu tạo Uđk a. Nguyên tắc điều khiển ngang. Khâu đồng bộ thường tạo ra điện áp hình sin có góc lệch pha cố định so với điện áp lực. Khâu dịch pha có nhiệm vụ thay đổi góc pha của điện áp theo tác động của điện áp điều khiển. Xung điều khiển được tạo ra ở khâu tạo xung (TX) vào thời điểm khi điện áp dịch pha UDF qua điểm O. Xung này nhờ khâu khuyếch đại xung KĐX được tăng đủ công suất gửi tới cực điều khiển của van. Như vậy góc a hay thời điểm phát xung mở van thay đổi được nhờ sự tác động của Uđk làm điện áp UDF di chuyển theo chiều ngang của trục thời gian. 2 .Cấu trúc điều khiển dọc. a. Sơ đồ cấu trúc SS+TX KĐX Utựạ ĐB 1 2 3 4 Uđk 5 Trong đó: 1 - Khâu đồng bộ 2 - Khâu tạo Utựa 3 - Khâu tạo xung và so sánh 4 - Khâu khuyếch đại xung 5 - Khâu tạo Uđk b. Nguyên tắc điều khiển Uđóng khâu đồng bộ thường tạo ra điện áp hình sin có góc lệch pha cố định so với điện áp lực. Khâu tạo UT tạo ra điện áp tựa có dạng cố định theo chu kỳ do nhịp đồng bộ của UĐB . Khâu so sánh xác định điểm cân bằng của hai điện áp UT và UĐK để phát động khâu tạo xung TX. Như vậy trong nguyên tắc này thời điểm phát xung mở van hay góc điều khiển thay đổi do sự thay đổi trị số của UĐK . Theo đồ thị đó là sự di chuyển dọc trục biên độ. 3. Chức năng điều khiển. - Phát xung điều khiển đến các van lực theo đúng pha và góc điều khiển a cần thiết. - Đảm bảo phạm vi điều chỉnh góc amax + amin tương ứng với điện áp ra của tải mạch lực. - Cho phép bộ chỉnh lưu làm việc bình thường với các chế độ khác nhau do tải yêu cầu như chế độ khởi động, chế độ nghịch lưu, chế độ dòng điện liên tục. - Có độ đối xứng xung điều khiển tốt, không vượt quá 10 ¸ 30 điện tức là góc điều khiển với mọi van không được lệch quá giá trị cho phép. - Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới điện xoay chiều giao động cả về giá trị điện áp và tần số. - Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt. - Độ tác động của mạch điều khiển nhanh, dưới 1ms. - Thực hiện các yêu cầu về bảo vệ bộ chỉnh lưu từ há điều khiển nếu cần nên ngắt xung điều khiển khi sự cố, thông báo các hiện tượng không bình thường của lưới điện và bản thân bộ chỉnh lưu. - Đảm bảo xung điều khiển phát tới các van lực để mở chắc chắn van, phải thoả mãn yêu cầu: + Đủ công suất + Có sườn xung đối xứng để mở van chính xác vao thời điểm quy định, thường tốc độ tăng áp điều khiển phải đạt 10V/ms tốc độ tăng điều khiển. + Độ rộng xung điều khiển đủ cho dòng qua van kịp vượt trị số dòng điện duy trì Idt của nó để khi ngắt van vẫn giữ được tràng thái dẫn. + Có dạng phù hợp với sơ đồ chỉnh lưu và tính chất tải. II. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN. Trong quá trình tìm hiểu nguyên tắc diều khiển của đông cơ điẹn ta đã xây dựng được sơ đồ mạch điều khiển như trang bên . SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 1.Nguyên lý hoạt động : Tín hiệu xoay chiều sau khi đi qua biến áp nguồn được chỉnh lưu bởi 2 Điốt Đ1 và Đ2. Điện sau chỉnh lưu so sánh với điện áp chuẩn U0 để tạo tín hiệu đồng bộ trùng với thời điểm diện áp lưới đi qua điểm 0 . Khi tín hiệu đồng bộ âm tụ C được nạp và ngược lai khi tín hiệu đồng bộ dương tụ C phóng . Như vậy ở đầu ra của IC sẽ có tín hiệu răng cưa .Sau đó tín hiệu răng cưa được so sánh với tín hiệu điều khiển (Lấy từ khâu phản hồi tốc độ ) bằng khuếch đại thuật toán . Bộ OA7 là một đa hài đợi dao động tạo xung chùm có tần số cao với mục đích giảm kích thứơc của máy biến áp xung .Tín hiệu cao tần trộn với tín hiệu sau khi so sánh rồi tiếp tục được trộn với tín hiệu phân phối nhằm tao ra tín hiêu cho từng Thyristo riêng biệt .Những tín hiệu này đựoc khuếch đại và thông qua biến áp xung đưa trực tiếp lên cực điều khiển của Thyristo . Do yêu cầu của đề bài là dùng sơ đồ cầu 3 pha nên cần thiết kế 3 kênh tương tự nhau cho các pha A , B , C . 2.Dạng điện áp mạch điều khiển III.TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN. 1. Tính toán khâu đồng pha. a. Nguyên lý hoạt động Điện áp xoay chiều 220v được đưa qua mạch chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ. Nửa chu kỳ đầu U2 >0 và U2' Þ Đ1 dẫn. Nửa chu ký sau U2 0 Þ Đ2 dẫn. Ta được điệnn áp UI như hình vẽ. U được đưa vào cực thuận của OP1. Điều chỉnh Rx1 để được điện áp U0 đưa vào cửa đảo. Nếu UI <U0 thì UII < 0 và bằng -(E - 2)v Nếu UI > U0 thì UII > 0 và bằng (E - 2)v Điện áp ra UII là dạng xung chữ nhật b. Tính toán Vì f = 50 Hz Þ T = = 0,02 (s) = 20ms Do đó trong nửa chu kỳ ta phải tạo ra điện áp răng cưa sao cho : t = tp +tn = 0,01 (s) tp : thời gian phóng của tụ điện tn : thời gian nạp của tụ diện Trong thực tế tính toán để giải điều kiện lớn từ 0 ¸ Uđm thì hoặc tn << tp hoặc tp<<t. Trong khuôn khổ của đồ án ta chọn : tn = 0,001 (s) = 1ms tp = 0,009 (s) = 9 ms Với tp = 9 ms ta phải điều chỉnh Rx1 sao cho U0 = UI () = 15 Sin (2Õf) =15Sin(2)v U0 = 2,35 v - Chọn R2 = 1kW. TA có U0 = Þ Rx1 = Chọn loại biến trở có giá trị 10(kW) để điều chỉnh lấy giá trị thích hợp + Chọn D1 và D2 là loại D- 1001 với I = 1(a); Ungmax = 200v 2. Khâu tạo điện áp răng cưa. a) Sơ đồ và nguyên lý hoạt động * Khi UII < 0 thì D3 dẫn, áp ở cửa đảo của OA2 âm U- < 0 nên UIII = k0 ( U+- U-) > 0 Þ điện áp ra ở cửa ra của OA là bão hoà dương. Chọn R3 << Rx2 để bỏ qua iR trong giai đoạn này . Dòng qua tụ là dòng iRvì dòng vào cửa âm của OA không đáng kể Điện áp ra bằng điện áp tụ C và bằng: UIII = UC = Như vậy điện áp trên tụ C tăng trưởng tuyến tính khi điện áp này đạt tụ rò ngưỡng Dz thì thông và giữ ở điện áp này (Nếu không có Dz thì điện áp tăng Ubh ) * Khi UII > 0 thì D3 khoá Þ iR = 0 lúc này dòng đi qua tụ C là dòng đi qua Rx2 , dòng điện này ngược chiều với dòng đi qua tụ C khi UII < 0 nghĩa là nó phóng điện. UIII = UC = UOA12 - b) Tính toán . Chọn tụ C = 0,22mF Chọn biên độ điện áp răng cửa là 9,1v do đó chọn Dz có UDz = 9,1. Để tụ C phóng điện về không ta chọn Rx2 theo: UIII = UC = uDz - = 0 Þ R3 = Thay số ta có : Rx2 = Chọn Rx2 gồm 1 loại biến trở 50 (kW) và một điện trở R = 30(kW) Trong thời gian tn điện áp trên tụ phải vượt quá giá trị điện áp ổn áp, nên ta có : Þ R3£ Chọn R3 = 4.3(kW) và OA loại mA 741 mA741 có các thông số: Điện áp nguồn nuôi: Vcc = ± 15 (V) Hiệu điện thế giữa cổng vào đảo và cổng vào không đảo: VID = ± 30 (V) Điện áp tín hiêu đầu vào: VI = ± 15 (V) (biên độ của VI không vượt