Đồ án điện tử công suất Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 7 chỉ nên duy trì một thời gian. Sau khoảng thời gian này mà vẫn không thể vào đợc đồng bộ thì ngắt hệ ra khỏi nguồn và thực hiện lại quá trình khởi động. Thực tế cho thấy là động cơ làm việc đồng bộ rồi mà vẫn có thể mất đồng bộ do các nguyên nhân nh điện áp lới sụt thấp, dòng kích từ giảm hoặc momen cảm tăng đột ngột. Có thể phát hiện ra bằng cách so sánh tốc độ của roto với tốc độ của từ trờng (nhờ phản hồi âm tốc độ) tức là trong mạch có sử dụng một máy phát tốc. Sau đó lại tự động thực hiện quá trình cấp quá kích từ nh trên. Đồ án điện tử công suất Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 8 Chơng 2: Lựa chọn các phơng án I. Hệ kích từ máy đồng 1. Dùng máy kích thích một chiều. Máy kích thích một chiều FK t , FK đợc kéo một động cơ sơ cấp (có thể dùng động cơ không đồng bồ roto lồng sóc). Có cuộn dây kích từ L FK nối song song. Biến trở R để thay đổi từ thông của FK nhằm thay đổi điện áp phát ra của FK. Nh vậy sức điện động cảm ứng sinh ra trong dây quấn cảm ứng phụ thuộc dòng kích thớc i t và tốc độ quay của máy theo biểu thức: a. R.i t + L FK . E dt di t Khi dòng điện đạt đến trị số xác lập i t = I t thì 0 dt di t và điện áp ngợc đợc tạo ra ở đầu máy là a. R. I t = E. Do đó điện áp xác lập của FK phụ thuộc vào biến trở R. Nhận thấy trên đờng đặt tính khi R tăng thì điện áp phát ra sẽ giảm vì vậy muốn thay đổi dòng kích từ qua dây quấn kích từ của động cơ thì phải thay điện trở kích từ của dây quấn E d a 3 R > a 2 R >a 1 R Đồ án điện tử công suất Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 9 kích từ và thay đổi tốc độ của động cơ sơ cấp. Việc điều chỉnh R là rất khó khăn và độ chính xác không cao hơn nữa việc thay đổi tốc độ động cơ sơ cấp không dễ và phạm vi điều chỉnh hẹp. Vì vậy dùng máy kích từ một chiều để cấp kích từ cho động cơ đồng bộ có công suất lớn là không kinh tế và rất khó khăn trong việc khởi động và giữ đồng bộ động cơ với lới. 2. Hệ kích từ dùng máy kích từ xoay chiều kết hợp với bộ chỉnh lu: Có 2 phơng án: a. Máy kích từ có phần cảm quay, phần ứng tĩnh b. Máy kích từ xoay chiều có phần cảm tĩnh, phần ứng quay Theo phơng pháp này, phần tĩnh và phần quay đợc trình bày tách biệt bằng đờng phân ranh giới thẳng đứng. Muốn dòng điện đi qua đờng phân ranh giới đó cần phải có vành trợt và chổi điện. Rõ ràng là phơng án (b) không đòi hỏi vành trợt và chổi điện. Ưu điểm này rất quan trọng đối với những máy đồng bộ công suất lớn cần dòng kích từ mạch (khoảng 3000A cho máy phát đồng bộ 600KW). Tuy nhiên giải pháp này kéo theo những khó khăn về chế tạo phần ứng quay (so với chế tạo phần cảm quay), hơn nữa các điot chỉnh lu phải chịu các lực ly tâm lớn và phải đợc đặt sao cho roto đảm bảo cân bằng động. Máy kích từ xoay chiều đợc nối trục với máy phát đồng bộ. Dòng điện phần ứng của máy kích từ điều chỉnh trực tiếp dòng kích từ I t . Dùng tiristo chỉnh lu sẽ làm tăng nhanh đáp ứng điều khiển, nhng đối với phơng án (b) khó khăn gặp phải là vấn đề truyền tín hiệu điều khiển vào tiristo quay. 3. Hệ tự kích thích: Trong trờng hợp này điện áp và dòng kích từ tỷ lệ với tổng vectơ các điện áp U t và U i của các máy biến áp TU và máy biến dòng TI. II. Sơ đồ chỉnh lu Để cung cấp nguồn 1 chiều cho cuộn kích từ của động cơ đồng bộ, ta phải sử dụng một mạch chỉnh lu để biến đổi năng lợng dòng điện xoay chiều có sẵn thành năng lợng dòng điện 1 chiều. Thực tế có rất nhiều phơng án có thể sử dụng đợc, tuy nhiên để có một mạch chỉnh lu phù hợp với yêu cầu thiết kế ta cần xét một cách tổng quan về các sơ đồ chỉnh lu. Các bộ chỉnh lu điốt không thể làm thay đổi điện áp ra nên ta chỉ xét các mạch chỉnh lu điều khiển 1. Chỉnh lu một pha: Chỉnh lu một pha thờng đợc chọn khi nguồn cấp là lới điện một pha, hoặc công suất không quá lớn so với công suất lới (làm mất đối xứng điện áp lới) và tải không có yêu cầu quá cao về chất lợng điện áp một chiều. Trong chỉnh lu một pha nếu tải có dòng địên lớn và điện áp thấp, thì sơ đồ một pha chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính có u điểm hơn, bởi vì trong sơ đồ này tổn hao trên van bán dẫn ít hơn, nên công suất tổn hao trên van so với công suất tải nhỏ hơn, điện áp ngợc của van lớn (nếu điện áp cao mà chọn sơ đồ này có thể Đồ án điện tử công suất Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 10 không chọn đợc van bán dẫn). Nếu tải có điện áp cao và dòng điện nhỏ thì việc chọn sơ đồ cầu chỉnh lu một pha hợp lý hơn do hệ số điện áp ngợc của van trong sơ đồ cầu nhỏ hơn do đó dễ chọn van. Chỉnh lu một pha cho ta điện áp với chất lợng cha cao, biên độ đập mạch điện áp quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn: điều này không đáp ứng đợc cho nhiều loại tải. Do nguồn cấp là lới 3 pha công nghiệp nên việc sử dụng chỉnh lu một pha có nhiều hạn chế, mặt khác do yêu cầu về chỉnh lu và giá trị điện áp, dòng điện lớn nên ta không nên dùng chỉnh lu một pha. Yêu cầu cao về chất lợng điện áp một chiều cung cấp cho cuộn kích từ để đảm bảo tốc độ đồng bộ cho động cơ đồng bộ cần thực hiện với mạch chỉnh lu nhiều pha hơn. 2. Chỉnh lu 3 pha: a. Chỉnh lu tia 3 pha: Chỉnh lu tia 3 pha không cho phép đấu thẳng vào lới điện nh vậy phải sử dụng máy biến áp có công suất lớn hơn công suất phía một chiều 1,35 lần. Bộ chỉnh lu này chỉ sử dụng 3 Thyristor đấu katôt chung vì vậy việc điều khiển chúng là dễ dàng. Tuy nhiên do công suất phía một chiều đòi hỏi lớn lên khi sử dụng bộ chỉnh lu này sẽ làm mất đối xứng giữa tải và nguồn. Vì vậy, chỉnh lu tia 3 pha thờng đợc chọn khi công suất tải không quá lớn so với biến áp nguồn cấp (để tránh gây mất đối xứng cho nguồn lới), và khi tải có yêu cầu không quá cao về chất lợng điện áp một chiều. Sử dụng mạch chỉnh lu này luôn cần có biến áp nguồn để có điểm trung tính ra tải; và do sụt áp trong mạch van nhỏ nên thích hợp với phạm vi điện áp làm việc thấp. Vì sử dụng nguồn 3 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 lu giảm đáng kể nên kích thớc bộ lọc cũng nhỏ đi nhiều. b. Chỉnh lu cầu 3 pha: Đây là loại đợc sử dụng nhiều nhất trong thực tế vì có nhiều u điểm hơn cả. Nó cho phép đấu thẳng vào lới điện 3 pha, độ đập mạch rất nhỏ (5%), nếu có dùng biến áp thì gây méo lới điện ít hơn các loại trên, đồng thời công suất máy biến áp cũng chỉ xấp xỉ công suất tải. Công suất mạch chỉnh lu này có thể rất lớn, đến hàng trăm kw. Chỉnh lu cầu 3 pha sẽ đợc chọn khi cần chất lợng điện áp ra một chiều tốt vì đây là sơ đồ có chất lợng điện áp ra tốt nhất trong các sơ đồ chỉnh lu thờng gặp. Để giảm tiết diện dây quấn thứ cấp biến áp thì các cuộn dây thứ cấp biến áp có thể đấu tam giác. Nhợc điểm của chỉnh lu cầu 3 pha là sụt áp trong mạch van gấp đôi sơ đồ hình tia nên cũng không phù hợp với cấp điện áp ra tải dới 10 V. Đồ án điện tử công suất Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 11 Kết luận: Từ thực tế của yêu cầu thiết kế với yêu cầu về chất lợng điện áp một chiều tốt để có thể cung cấp cho cuộn kích từ của động cơ đồng bộ, đảm bảo cho việc tạo ra tốc độ đồng bộ theo yêu cầu và đợc duy trì lâu dài, với số liệu đã cho về giá trị điện áp, dòng điện, công suất kích từ, ta nhận thấy việc sử dụng mạch chỉnh lu dùng sơ đồ cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả. Đồ án điện tử công suất Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 12 Chơng 3: sơ đồ nguyên lý mạch thiết kế. I. Sơ đồ nguyên lý mạch lực: 1. Sơ đồ 2. Nguyên lý hoạt động. Thông thờng chỉnh lu cầu 3 pha không cần có máy biến áp lực. Tuy nhiên do yêu cầu điện áp phía một chiều là 75V cho nên cần phải có máy biến áo để giảm điện áp lới đặt vào bộ chỉnh lu. Mạch lực bao gồm các phần tử sau: Bộ chỉnh lu cầu 3 pha gồm 6 Thyristor. Các van nhóm lẻ T 1 , T 3 , T 5 đấu KC, các van nhóm chẵn T 2 ,T 4 , T 6 đấu AC. Các van mở khi nó đã thỏa mãn đợc điều kiện mở: với van chẵn thì phải có A âm nhất, với van lẻ dơng nhất và phải có xung điều khiển mở. Các van tự khóa nhờ đặt điện áp ngợc khi có van khác dẫn. Trên mạch có tiếp điểm của 2 côngtăctơ CTT1 và CTT2 trong đó có 2 tiếp điểm thờng đóng và 2 tiếp điểm thờng mở. Các tiếp điểm này đóng mở để đảm bảo yêu cầu đóng mở trong quá trình khởi động và đảm bảo kích từ. Điện trở R T là điện trở triệt từ có tác dụng tiêu tán năng lợng cảm ứng của dây quấn kích từ phía stato để tránh làm hỏng dây quấn kích thích. Dây quấn kích thích là phần cố định đợc đặt trong roto của động cơ. Khi có dòng điện kích từ một chiều chạy qua dây quấn kích thích sẽ tạo ra momen đồng bộ để kéo roto vào đồng bộ. Để khởi động động cơ đồng bộ theo phơng pháp khởi động không đồng bộ, ban đầu đóng điện lới cấp cho stato. Nhờ có dây quấn khởi động đặt trong roto nên nó sẽ tạo ra momen không đồng bộ làm cho roto quay. Do dây quấn kích từ đợc đặt ở roto nên khi cấp điện cho stato thì thì trờng quay của stato quét nó với tốc độ đồng bộ sẽ tạo ra điện áp cao . hơn, nên công suất tổn hao trên van so với công suất tải nhỏ hơn, điện áp ngợc của van lớn (nếu điện áp cao mà chọn sơ đồ này có thể Đồ án điện tử công suất Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46. thẳng vào lới điện 3 pha, độ đập mạch rất nhỏ (5%), nếu có dùng biến áp thì gây méo lới điện ít hơn các loại trên, đồng thời công suất máy biến áp cũng chỉ xấp xỉ công suất tải. Công suất mạch. cấp điện áp ra tải dới 10 V. Đồ án điện tử công suất Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 11 Kết luận: Từ thực tế của yêu cầu thiết kế với yêu cầu về chất lợng điện áp một chiều tốt