Đồ án điện tử công suất Động cơ điện một chiều . ỏn in t cụng sut 1 Cỏc s liu cho trc U m = 600V ; I m = 10A ; U kt = 400V ; I kt = 0,9A Phm vi iu chnh tc 25:1 Chng I GII THIU V NG C IN MT CHIU I NG C IN MT CHIU 1 Tầm quan trọng của động cơ điện 1 chiều Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ điện 1 chiều vẫn đợc coi l 1 loại máy quan trọng. Mặc dù động cơ xoay chiều có tính u việt hơn nh cấu tạo đơn giản hơn , công suất lớn . . . Nhng động cơ điện xoay chiều không thể thay thế hon ton động cơ điện 1 chiều. Đặc biệt l trong các ngnh công nghiệp, giao thông vận tải, các thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng nh máy cán thép, máy công cụ lớn đầu máy điện . Vì động cơ điiện 1 chiều có những u điểm nh khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt, khả năng mở máy lớn v khả năng quá tải. Bên cạnh đó động cơ điện 1 chiều cũng có những nhợc điểm nhất định nh giá thnh đắt, chế tạo v bảo quản phức tạp . Nhng do những u điểm của nó nên nó vẫn có 1 tầm quan trọng nhất định trong sản xuất. Ngy nay hiệu suất của động cơ điện 1 chiều công suất nhỏ vo khoảng 75% - 85%, ở động cơ điện công suất trung bình v lớn vo khoảng 85% - 94%. Công suất lớn nhất của động cơ điện 1 chiều hiện nay vo khoảng 10000KW. Điện áp vo khoảng vi trăm đến 1000V. Hớng phát triển hiện nay l cải tiến tính năng vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ v chế tạo những máy công suất lớn. 2 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều 2.1Phần tĩnh ( Phần cảm hay stator ) ỏn in t cụng sut 2 L phần đứng yên, bao gồm các bộ phận chính: a) Cực từ chính : Đợc lm bằng thép kĩ thuật dạng thép khối hoặc tấm, xung quanh có dây quấn cực từ chínhgọi l kích từ. Nó thờng đợc nối với nguồn 1 chiều. Nhiệm vụ l tạo ra từ thông trong máy. b) Cực từ phụ : Đợc đặt xen giữa các cực từ chính, xung quanh cực từ phụ có dây quấn cực từ phụ. Dây quấn cực từ phụ đấu nối tiếp với dây quấn roto, Nhiệm vụ của cực từ phụ l triệt tiêu từ trờng phần ứng ( Từ trờng do dòng điện roto sinh ra ). Trên vùng trung tính hình học để hạn chế xuất hiện tia lửa điện trên chổi than v cổ góp. c) Vỏ máy ( Gông từ ) Ngoi nhiệm vụ thông thờng nh các vỏ máy khác, vỏ máy điện 1 chiều còn tham gia dẫn từ, vì vậy nó phải đợc lm bằng thép dẫn từ. 2.2 Phần quay ( Phần ứng hay roto ) a) Lõi thép roto Dùng để dẫn từ, thờng dùng những tấm thép kĩ thuật điện dầy 0.5mm phủ cách điện mỏng ở 2 mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập rãnh để quấn dây b) Dây quấn phần ứng L phần phát sinh ra suất điện động v có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thờng lm bằng dây đồng có sơn cách điện c) Cổ góp Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thnh 1 chiều. Gồm nhiều phiến đồng ghép cách điện với nhau, bề mặt cổ góp dợc gia công với độ bóng thích hợp để đảm bảo tiếp xúc tốt giữa chổi than v cổ góp khi quay 2.3 Gới thiệu về động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập Cho đến nay động cơ điện 1 chiều vẫn còn dùng rất phổ biến trong các hệ thống truyền động chất lợng cao, dải công suất động cơ điện 1 chiều từ vi W đến vi MW. Giản đồ kết cấu chung của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập đợc thể hiện nh hình vẽ dới. Phần ứng đợc biểu diễn bởi vòng tròn bên trong có sức điện động E , ở phần stato có thể có vi dâyquấn kích từ : Dây quấn kích từ độc lập CKD, dây quấn kích từ nối tiếp, dây quấn cực từ phụ CF, dây quấn bù CB. Khi nguồn điện 1 chiều có công suất không dử lớn thì mạch điện phần ứng v mạch kích từ mắc vo 2 nguồn 1 chiều độc lập nhau, lúc ny động cơ dợc coi l động cơ kích từ độc lập Đồ án điện tử công suất 3 Nguyên lý làm việc Khi đóng động cơ , Rôto quay đến tốc độ n , đặt điện áp U kt nào đó lên dây quấn kích từ thì trong dây quán kích từ có dòng điện i k và do đó mạch kích từ của máy sẽ có từ thông φ , tiếp đó ở trong mạch phần ứng , trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện i chạy qua tương tác với dòng điện phần ứng . Tăng từ từ dòng kích từ ( bằng cách thay đổi R kt ) thì điện áp ở hai đầu động cơ sẽ thay đổi theo qui luật : E dư = (1% ÷ 42% )U đm Khi dòng i kt còn nhỏ thì E ư hoặc U tăng tỉ lệ thuận với i kt nhưng khi U kt bắt đầu lớn thì từ thông φ trong lõi thép bắt đầu bão hoà . Cuối cùng khi i kt = i ktbh thì U = E ư bão hoà hoàn toàn. Đồ án điện tử công suất 4 2.4 Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập : Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từ phương trình cân bằng điện áp của động cơ : U ư = E ư + (R ư +R f ). I ư = E ư + R. I ư (1) Trong đó : U ư : điện áp phần ứng ( V ) E ư : Sức điện động phần ứng (V) R ư : Điện trở của mạch phần ứng R f : Điện trở phụ của mạch phần ứng I ư : Dòng điện mạch phần ứng Với R ư = r ư + r cf + r b + r ct r ư : Điện trở cuộn dây phần ứng r cf : Điện trở cuộn cực từ phụ r b : Điện trở cuộn bù r ct : Điện trở tiếp xúc của chổi than Sức điện động E ư của phần ứng động cơ xác định theo biểu thức E ư = pN Eu = k. 2 π ak. φ ϖ φ .ϖ → ϖ = φ Trong đó : p : Số đôi cực từ chính N : Số thanh dẫn tác dụng của dây quấn phần ứng Đồ án điện tử công suất 5 a : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng φ : Từ thông kích từ dưới 1 cực từ ω : Vận tốc góc rad/s pN k= 2πa : Hệ số cấu tạo của động cơ Từ phương trình (1) Ö E ư = U ư - (R ư +R f ). I ư Ö Chia cả 2 vế cho k.φ Ö uuuf u EUR + R = - .I kk kφφ φ Ö uu f u (2) UR + R = - .I kk ϖ φφ Ö ϖ = f (I) : Đặc tính cơ điện Mặt khác mô men điện từ của của cơ điệ được xác định bởi : M đt = k .φ. I ư => I ư = dt M K.φ Thế vào (2) => 2 dt uu f UR + R = - .M k(k ϖ φφ) Ö ϖ = f (M) : Đặc tính cơ theo mômen Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mô men cơ trên trục điện cơ bằng mô men điện từ , ta kí hiệu là M nghĩa là M đt = M cơ = M Ö 2 uu f UR + R = - .M k(k ϖ φφ) (3) Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ , từ thông φ = const thì phương trình đặc tính cơ điện (2) và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính, đồ thị của chúng được thể hiện như sau : ω ω ω 0 ω 0 ω đm N ω đm Đồ án điện tử công suất 6 I M I đm I nm M đm M nm u U = k 0 ϖ=ϖ φ ϖ 0 : Gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ, còn khi ϖ 0 = 0 ta có : unm u uf U I = = I R + R I nm , M nm Gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch . Nhận xét : Nếu cho U, R ư + R f , φ là hằng số thì phương trình (3) sẽ là phương trình bậc nhất : ϖ = ϖ 0 + Δϖ uf R + R = M k. Δϖ φ Độ sùt tốc độ ω ω 0 Δω 2.5 Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tình cơ. Từ phương trình đặc tính cơ : 2 uu f UR + R = - .M k(k ω φφ) ta thấy có 3 tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ đó là : Từ thông động cơ φ , Điện áp phần ứng U ư , và điện trở phần ứng của động cơ . Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó . a) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng : Giả thiết U ư = U đm = Const Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R f vào mạch phần ứng . Đồ án điện tử công suất 7 - Tốc độ không tải lý tưởng : dm U = onst k cϖ= φ - Độ cứng của đặc tính cơ : uf k = =variable R + R MΔ φ β=− Δϖ R f = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên R f càng lớn thì β càng nhỏ dẫn tới đặc tính cơ càng dốc Như vậy khi thay đổi điện trở phụ ta được 1 họ đặc tính cơ như hìng vẽ. ứng với một phụ tải Mc nào đó , nếu R f càng lớn thì tốc độ càng giảm cho nên người ta sử dụng Phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ Đặc điển : - Tốc độ n bằng phẳng - Phạm vi điều chỉnh rộng - Vùng điều chỉnh tốc độ n đc < n đm - Việc điều chỉnh tốc độ thực hiện trong mạch phần ứng có dòng điện lớn , tổn hao vô ích nhiều , hệ số động cơ giảm b) Ảnh hưởng của điện áp phần ứng Gi¶ thiÕt φ = φ ®m = const, ®iÖn ¸p phÇn øng R − = const trong thùc tÕ th−êng gi¶m ®iÖn ¸p. ỏn in t cụng sut 8 01 02 U dm (TN) 03 U 1 04 U 2 M(I) U 3 - Tốc độ không tải lý tởng: 0x = dm Ux = k. variable, U giảm thì 0x giảm - Độ cứng đặc tính cơ: = 2 u (k ) R = const Nh vậy khi thay đổi điện áp đặt vo phần ứng động cơ ta đợc một họ đặc tính cơ song song với đờng đặc tính cơ tự nhiên. Nhận thấy rằng khi thay đổi điện áp, thực chất l giảm áp thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm v tốc độ của động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Vì vậy phơng pháp ny cũng đợc sử dụng để điều chỉnh tốc độ v hạn chế dòng điện khi khởi động *.Đặc điểm - Tốc độ điều chỉnh bằng phẳng - Phạm vi điều chỉnh rộng - Vùng điều chỉnh tốc độ n c < n m - Để thực hiện phơng pháp ny ta cần phải có nguồn điện áp thay đổi đợc(bộ biến đổi điện áp bằng điện tử công suất ). c.ảnh hởng của từ thông Giả thiết đIện áp phần ứng U = U đm = const, điện trở phần ứng R = const. Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ I kt động cơ - Tốc độ không tải: 0x = dm U kx = var n (3) (2) (1) ỏn in t cụng sut 9 - Độ cứng đặc tính cơ : = 2 u (k x) R = var (1) đờng đặc tính cơ tự nhiên đm = (2) ,(3) đòng đặc tính khi giảm với m = 1 < 2 < 3 Khi giảm thì 0x tăng , giảm ta có một họ đặc tính cơ với 0x tăng dần v độ cứng của đặc tính giảm dần. *. Đặc điểm - Tốc độ bằng phẳng - Phạm vi rộng - Vùng điều chỉnh n đm < n đc - Với điều chỉnh tốc độ thực hiện trong máy kích từ thì dòng điện nhỏ, tổn hao ít, hiệu suất cao. ChngII LA CHN CC PHNG N 2 2 1 1 0 0 M m2 M nm M nm M I nm I [...]... TĐĐ một chiều, động cơ điện cần lm việc ở những chế độ khác nhau trong đó có lúc động cơ trở thnh máy phát điện Năng lợng phát ra ny trả về lới điện xoay chiều Để thoả mãn yêu cầu ny bộ CL chuyển sang hoạt động ở chế độ nghịch lu vì nó hoạt động (đồng bộ ) theo nguồn xoay chiều nên gọi l nghịch lu phụ thuộc -Nh vậy mạch điện lúc ny có 2 nguồn sức điện động : e1 :sđđ lới xoay chiều Ed:sđ đ một chiều. .. 2 - Điện áp ngợc m các van phải chịu ở chỉnh lu cầu 3 pha sẽ bằng 0 khi van dẫn v sẽ bằng điện áp dây khi van khoá -Dòng điện trên tải l : Id = Ud - Ed Rd Nhận xét : Hình dáng điện áp nhận đợc trên tải không có sự xuất hiện của suất phản điện động Ed khi chế độ dòng điện trên tải l liên tục Còn khi chế độ dòng điện gián đoạn suất phản điện động Ed sẽ xuất hiện trên điện áp Ud *u điểm - Chất lợng điện. .. Trong đó Ung- Điện áp ngắn mạch cực đại Im - Dòng điện lm việc cực đại Ipik - Dòng điện đỉnh cực đại Ig - Dòng điện xung điều khiển Ug - Điện áp xung điều khiển Ih - Dòng điện tự giữ Ir - Dòng diện rò U max -Sụt áp trên tiristor ở trạng thái dẫn du/ dt - Tốc độ biến thiên điện áp tcm -Thời gian chuyển mạch ( mở v khoá) Tmax - Nhiệt độ lm việc cực đại II.Tính toán MBA chỉnh lu a.Tính các thông số cơ bản... d.Sơ đồ mạch điều khiển * Nguyên lý hoạt động của sơ đồ Đa điện áp pha A: UA = 220 2 sin(t ) của máy biến áp đồng pha vo bộ chỉnh lu hai nửa chu kỳ Điện áp ra bộ chỉnh lu l UCL, điện áp ny đợc đem so sánh với điện áp đặt (điện áp một chiều) bằng bộ so sánh thuận, điện áp UCL vo bộ so sánh thuận có dạng tuần hon với chu kỳ T nên điện áp ra bộ so sánh thuận l Us có dạng xung vuông góc cùng chu kỳ v đồng... pha bán điều khiển dạng điện áp ra khi > 0 chỉ có 3 đập mạch, vì vậy hệ số đập mạch của sơ đồ bán điều khiển thấp hơn hệ số đập mạch của sơ đồ điều khiển hon ton *u điểm - Sơ đồ đơn giản, rẻ tiền - Sơ đồ chỉnh lu bán điều khiển thì hệ số công suất cos cao hơn so với sơ đồ chỉnh lu điều khiển hon ton - So với sơ đồ điều khiển đối xứng thì sơ đồ chỉnh lu bán điều k hiển thì việc điều khiển các van bán... biết rằng một nguồn sức điện động sẽ phát đợc năng lợng nếu chiều sức điện động v dòng điện trùng nhau,ngợc lại nó sẽ nhận năng lợng khi chiều sức điện động v dòng điện ngợc nhau Xuất phát từ nguyên tắc trên ta thấy rằng với bộ chỉnh lu chỉ cho phép dòng điện đi theo một chiều xác định thì để có chế độ nghịch lu cần phải thực hiện hai điều kiện : +Về phía một chiều :bằng cách no đó chuyển đổi chiều Ed... hai điện áp - Điện áp đồng bộ kí hiệu l us đồng bộ với điện áp đặt trên tiristor, thờng đặt vo đầu đảo của khâu so sánh - Điện áp điều khiển kí hiệu l ucm (điện áp một chiều có thê điều chỉnh đợc biên độ ) thờng đặt vo đầu không đảo của khâu so sánh Bấy giờ hiệu điện thế đặt vo khâu so sánh l ud = ucm us, khi us = ucm khâu so sách lật trạng thái ta nhận đợc sờn ra của điện áp đầu ra của khâu so sánh,... 1 ( ) = 1 ,6 2 ( ) W1 423 -Sụt áp trên điện trở biến áp U r = R ba Id = 1,62.10=16,2 (V) - iện kháng MBA quy đổi về thứ cấp X ba =8. 2 (W2 )2 ( r h qd = 8 2 (308,9)2 ( ).(a + 12 Bd1 +Bd2 ) 1 0-7 3 6,29 0,54+0,63 -2 ).(0,01+ 10 ).314.1 0-7 = 0,92 () 22,34 3 r - Bán kính trong cuộn dây thứ cấp [m2] h - Chiều cao cửa sổ lõi thép [m] a1 2- Bề dầy cách điện các cuộn dây với nhau - iện cảm MBA quy đổi về thứ... điểm của sơ đồ - Chỉnh lu tia3 pha có chất lợng điện áp một chiều tốt hơn chỉnh lu một pha - Biên độ điện áp đập mạch thấp hơn - Thnh phần sóng hi bậc cao bé hơn, việc điều khiển các van bán dẫn trong trờng hợp ny cũng đơn giản 12 ỏn in t cụng sut *Nhợc điểm - Chế độ dòng điện trên tải phụ thuộc vo tính chất của tải l thuần trở hay l điện cảm nên có những chế độ dòng điện l liên tục v gián đoạn II)... chỉ chạy khi bắt đầu giảm dòng, giảm tốc độ, đảo chiều với tải sức điện động Ed nh động cơ điện một chiều *Ưu điểm của phơng pháp điều khiển chung - Tốc độ đảo chiều rất nhanh cho phép đảo chiều với tần số cao *Nhợc điểm - Khó đảm bảo luật điều khiển vì vậy dễ xẩy ra sự cố - Cần phải có hai cuộn kháng cân bằng lm tăng kích thớc của thiết bik, nếu cuộn kháng thiết kế không chính xác thì cũng sẽ gây ra . nay hiệu suất của động cơ điện 1 chiều công suất nhỏ vo khoảng 75% - 85%, ở động cơ điện công suất trung bình v lớn vo khoảng 85% - 94%. Công suất lớn. hoàn toàn. Đồ án điện tử công suất 4 2.4 Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập : Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta xuất