Đồ án điện tử công suất | Trường Cao đẳng nghề công nghệ cao Hà Nội

LỜI NÓI ĐẦU
Sự bùng nổ của tiến bộ khoa học kỹ thuật trong các lỉnh vực điện, điện
tử, tin học trong những năm gần đây đã ảnh hưởng sâu sắc cả về lý
thuyết và thực tiển và ứng dụng rộng rải có hiệu quả cao trong rất nhiều
lỉnh vực khác nhau. Đặc biệt là lỉnh vực điều khiển tự động và các dây
truyền công nghiệp khép kín ra đời trong đó có lỉnh vực điều khiển động
cơ điện. Điều khiển động cơ điện một chiều là một lỉnh vực không mới
và được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp sản xuất, có khá nhiều
các phương điều khiển. Trong giới hạn đồ án môn học vận dụng các linh
kiện điện tử đơn giản và các phương pháp điều khiển được học. Em
được giao nhiệm vụ” THIẾT KẾ CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA ĐIỀU
KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP ”.
Nội dung đề tài bao gồm các chương:
Chương I: Tổng quan về động cơ điện một chiều và cá phương
pháp điều chỉnh tốc độ.
Chương II: Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu 3 pha. Thiết kế sơ đồ
nguyên lý hệ chỉnh lưu động cơ điện một chiều (hệ T-D) kích từ độc lập.
Chương III: Tính toán và thiết kế mạch động lực.
Chương IV: Tính toán thiết kế mạch điều khiển và mạch bảo vệ. Chương I:
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
1.1. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU:
1.1.1. Khái quát chung:
Động cơ điện một chiều là loại linh hoạt nhất của các loại máy điện. Tốc độ của
nó có thể thay đổi trơn trong phạm vi rất rộng từ không đến định mức hoặc cao hơn
và giới hạn của tốc độ cao bị hạn chế bởi lực li tâm, thiết bị đơn giản hơn và rẻ tiền
hơn các thiết bị điều khiển của động cơ ba pha.Vì một số ưu điểm như vậy cho nên
động cơ điện một chiều được sử dụng rất phổ biến trong cơng nghiệp, trong giao thơng vận tải….
1.1.2. Cấu tạo động cơ điện một chiều:
Động cơ điện một chiều đươc chia thành 2 phần chính: -Phần cảm (stator):
+Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm có lõi thép và dây quấn kích
từ lồng ngoài lõi thép cực từ. Cực từ chính làm bằng những lá thép kỹ thuật
điện ép lại, tán chặc và gắn vào vỏ máy nhờ các bulong.
+Cực từ phụ: được đặt giữa cực từ chính dùng để cải thiện tình trạng làm việc
của máy điện và đổi chiều. Lõi thép cực từ phụ thường làm bằng thép khối, trên
thân cực từ phụ có đặt dây quấn và cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ các bulong.
+Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. -Phần quay (rotor):
+Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện
dày 0,5 mm, phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do
dòng điện xóay gây lên.
+Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
1.1.3. Phân loại động cơ điện một chiều:
Cũng như máy phát, động cơ điện một chiều cũng được phân loại theo cách
kích thích từ thành các động cơ sau:
- Động cơ điện kích từ độc lập: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cuộn
kích từ được cấp điện từ một nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng.
- Động cơ kích từ nối tiếp: Động cơ kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp
với cuộn dây phần ứng.
- Động cơ kích từ hổn hợp: Gồm 2 dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song
và dây quấn kích từ nối tiếp trong đó dây quấn kích từ song song là chủ yếu.
1.1.4. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện, trong dây quấn phần ứng có
dòng điện Iư. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ chịu lực Fđt tác dụng làm cho rôto quay.
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau, do có
phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo
động cơ có chiều quay không đổi.
Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Eư. Ở
động cơ điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên sức
điện động Eư còn được gọi là sức phản điện.
Phương trình điện là: U = Eư + Rư.Iư
1.1.5. Phương trình đặc tính cơ:
Để điều khiển được tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập thì ta phải
phân tích, tìm các mối quan hệ giữa tốc độ với các thông số khác của động cơ để từ
đó đưa ra phương pháp điều khiển. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập thì
dòng kích từ độc lập với dòng phần ứng.Vì được nuôi bởi hai nguồn một chiều độc lập với nhau. + Ukt - Rktf Ckt Ikt Rưf E Iư + Uư -
Hình 1.1: Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Theo sơ đồ hình 1.1, có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau:
Uư = E + (Rư + Rưf).Iư (1)
Trong đó: Uư là điện áp phần ứng động cơ (V)
E là sức điện động phần ứng động cơ (V) 𝑝𝑁 E = ϕ.ω = K.ϕ.ω (2) 2𝜋𝑎 𝑝𝑁 K =
là hệ số kết cấu của động cơ. 2𝜋𝑎 Hoặc: E = Ke ϕ.n (3) 2𝜋𝑛 𝑛 Và : ω = = 60 9,55 𝐾 Vậy: Ke = = 0,105K 9,55
Điện trở mạch phần ứng: Rư = rư + rctf + rctb + rtx (𝛺)
Trong đó: rư là điện trở cuộn dây phần ứng của động cơ (𝛺)
rctf là điện trở cuộn dây cực từ phụ của động cơ (𝛺)
rctb là điện trở cuộn dây cực từ bù của động cơ (𝛺)
rtx là điện trở tiếp xúc giữa chổi than với cổ góp của động cơ (𝛺)
Iư là dòng điện phần ứng (A) Từ (1) và (2) ta có: 𝑈ư 𝑅ư+𝑅ưf ω = − ∙Iư 𝐾.𝜙 𝐾.𝜙 (4)
Đây là phương trình đặc tính cơ – điện của động cơ một chiều kích từ độc lập.
Mặt khác, mômen điện từ của động cơ được xác định: Mđt = KϕIư (5)
Bỏ qua tổn thất ma sát trong ổ trục, tổn thất cơ, tổn thất thép: Mcơ ≈ Mđt ≈ M 𝑀đt 𝑀 Suy ra: Iư = ≈ (6) 𝐾.𝜙 𝐾.𝜙
Thay Iư vào (4) , ta có: 𝑈ư 𝑅ư+𝑅ưf 𝑈ư 𝑅ư𝛴 ω = − ∙M = − ∙M (7) 𝐾.𝜙 (𝐾.𝜙)2 𝐾.𝜙 (𝐾.𝜙)2
Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập
Phương trình đặc tính cơ có thể biểu diễn đặc tính cơ dưới dạng khác: ω = ω0 + ∆ω (8) Trong đó: 𝑈ư ω0 =
gọi là tốc độ không tải lý tưởng. (9) 𝐾.𝜙 𝑅ư+𝑅ưf 𝑅ư𝛴 ∆ω = ∙Iư =
∙M gọi là độ sụt tốc độ. (10) 𝐾.𝜙 (𝐾.𝜙)2
Từ các phương trình đặc tính cơ-điện (4) và phương trình đặc tính cơ (7), với giả
thiết phần ứng được bù đủ và ϕ = const có thể vẽ được các đặc tính cơ-điện và đặc
tính cơ là những đường thẳng. ω ω ω0 ∆ω ∆ω TN TN ωđm TN ωđm TN ωnt ∆ω ω ∆ω NT nt NT NT NT 0 Iđm Inm Iư 0 Mđm Mnm M a) b)
Hình 1.2 : a) Đặc tính cơ - điện động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
b) Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
-Đặc tính cơ tự nhiên (TN): đặc tính cơ có các tham số định mức và không có
điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ: 𝑈ưđm 𝑅ư ω = − ∙M 𝐾.𝜙đm (𝐾.𝜙đm)2
Độ cứng đặc tính cơ tự nhiên: (𝐾.𝜙đm)2 βtn = − 𝑅ư 1 Và: β * tn = − 𝑅 ∗ ư
-Đặc tính cơ nhân tạo (NT): đặc tính cơ có một trong các tham số khác định mức
hoặc có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ: 𝑈ư 𝑅ư+𝑅ư𝑓 ω = − ∙ 𝑀 𝐾𝜙 (𝐾𝜙)2
Độ cứng đặc tính cơ nhân tạo: (𝐾.𝜙)2 βnt = − 𝑅ư+𝑅ư𝑓 Khi ω = 0, ta có: 𝑈 I ư ư = = I 𝑅 nm ư+𝑅ư𝑓 𝑈 Và: M = ư ∙ 𝐾. 𝜙 = I 𝑅 nm.Kϕ = Mnm ư+𝑅ư𝑓
Trong đó: Inm gọi là dòng điện ngắn mạch.
Mnm gọi là mômen ngắn mạch.
Từ biểu thức (4) hoặc (7) ta thấy ω là một hàm phụ thuộc R, Φ,U : ω=f(R,Φ,U)
do đó để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba phương pháp điều khiển sau :
- Điều khiển điện trở phụ phần ứng
- Điều khiển từ thông kích từ
- Điều khiển điện áp phần ứng
Sau đây ta xem xét từng phương pháp điều khiển một.
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP:
1.2.1. Phương pháp điều khiển bằng điện trở phụ phần ứng :
Nguyên lý điều chỉnh: Nối thêm điện trở phụ Rưf vào mạch phần ứng
Ta đã phân tích ở trên nên ta có ω= f(Rưf, Φkt, Uư), giả thiết rằng : Nếu giữ
Φ=Φđm=const ; Uư= Uđm= const; Rư=const thì ω=f(Rưf).
Vì vậy, khi ta thay đổi giá trị Rưf thì có thể điều khiển được tốc độ của động cơ. 𝑈ưđm 𝑅ư
Từ phương trình đặc tính cơ: ω = − ∙M 𝐾.𝜙đm (𝐾.𝜙đm)2
Ta thấy : khi tăng giá trị của Rưf thì tốc độ của động cơ giảm, khi giảm giá trị của
Rưf thì tốc độ của động cơ tăng. 𝑈ưđm
Lúc này ta có tốc độ không tải lý tưởng: ω0 = = const 𝐾.𝜙đm (𝐾.𝜙đ𝑚)2
Độ cứng của đặc tính cơ: β = − 𝑅ư+𝑅ư𝑓
Như vậy khi thay đổi Rưf ta có đường đặc tính như sau: ω ω0 ωđm TN ω1 Rưf1 ω2 Rưf2 0 Mc M
Hình 1.3: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Rưf
Với 0 < Rưf1 < Rưf2 < ...
Nhận xét: Nếu Rưf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời Inm và Mnm
cũng giảm. Phương pháp này được dùng để hạn chế dòng điện động cơ khi khởi động.
. - Ưu điểm : Đơn giản , dễ thực hiện.
- Nhược điểm : + Độ cứng đặc tính cơ thấp.
+ Tổn thất năng lượng trên điện trở lớn .
+ Phạm vi điều chỉnh hẹp.
1.2.2. Phương pháp điều chỉnh bằng từ thông kích từ:
Nguyên lý điều chỉnh: Điều chỉnh từ thông kích từ của động cơ điện một chiều
là điều chỉnh mômen điện từ của động cơ M = kϕIư và sức điện động quay của động cơ Eư=kϕω. 𝑈ưđm 𝑅ư
Phương trình đặc tính cơ: ω = − ∙M 𝐾.𝜙đm (𝐾.𝜙đm)2
Từ các phương trình cơ ta thấy nếu thay đổi từ thông ϕ thì ω0 và ∆ω đều thay
đổi, vì vậy ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh dốc dần (độ cứng β càng
giảm) và cao hơn đặc tính cơ tự nhiên khi ϕ càng nhỏ, với tải như nhau thì tốc độ
càng cao khi giảm từ thông kích từ ϕ.
Ta có các đường đặc tính khi thay đổi ϕ: ω ωo2 ωo1 ϕ2 ω1 ω2 ω ϕ oTN ωđm 1 ϕđm 0 Mc Mn2 Mn1 M
Hình 1.4:Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi ϕ.
Với ϕđm > ϕ1 > ϕ2 > ... thì ωđm < ω1 < ω2 < ...
-Nhận xét: +Tốc độ nhỏ nhất bị chặn bởi đặc tính tự nhiên (ϕ=ϕđm)
+Tốc độ lớn nhất ωmax bị giới hạn bởi độ bền cơ khí và điều kiện
chuyển mạch của động cơ.
-Ưu điểm: Công suất mạch điều chỉnh nhỏ, tổn thất năng lượng nhỏ.
-Nhược điểm: phạm vi điều khiển hẹp.
-Cũng có thể sản xuất những động cơ giới hạn điều chỉnh 1:5 thậm chí đến 1:8
nhưng phải dùng những phương pháp khống chế đặc biệt, do đó cấu tạo và công
nghệ chế tạo phức tạp khiến cho giá thành của máy tăng lên.
1.2.3. Phương pháp điều khiển bằng cách thay đổi điện áp phần ứng: 𝑈ư 𝑅ư
Từ phương trình đặc tính cơ: ω = − ∙M 𝐾.𝜙 (𝐾.𝜙)2
Giả thiết ϕ = ϕđm = const; Rư = const; (Rưf = 0), M = const, lúc này ω= f(Uư).
Khi thay đổi điện áp phần ứng ta có: 𝑈ư
+Tốc độ không tải lý tưởng: ω0 = 𝐾.𝜙 (𝐾𝜙)2
+Độ cứng của đặc tính cơ: β = = const. 𝑅ư
Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng cho ta một họ các đặc tính sau. ω ω0đm ωđm Uưđm ω1 Uư1 ω2 Uư2
Với Uưđm > Uư1 > Uư2 > … Mc Uư = 0 M
Hình 1.5: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Uư
Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ
song song với đặc tính tự nhiên.
- Ưu điểm : + không gây ồn
+ Không gây tổn hao phụ trong động cơ
+ Dải điều chỉnh rộng D ≈10 : 1
+Độ cứng đặc tính cơ không đổi trong dải điều chỉnh + Dễ tự động hóa.
- Nhược điểm: + phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn có thể thay đổi điện áp ra.
+ điều khiển phức tạp.
-Kết luận : Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật như hiện nay thì phương
pháp này càng được sử dụng phổ biến trong sản xuất cũng như trong các lĩnh vực khác.
1.2.4. Lựa chọn phương án thiết kế:
-Sau khi phân tích ba phương pháp điều khiển nêu trên thì phương pháp điều
khiển bằng thay đổi điện áp phần ứng là tốt hơn cả. Cho nên em chọn phương pháp
làm phương pháp nguyên cứu cho đề tài của em.
-Các bộ biến đổi điều chỉnh tốc độ đông cơ một chiều kích từ độc lập bằng thay
đổi điện áp phần ứng:
+ Hệ máy phát – động cơ( F – Đ)
+Hệ điều chỉnh xung áp – động cơ( XA – Đ)
+Hệ chỉnh lưu Tiristo – động cơ( T – Đ)
-Ở đây ta sử dụng hệ chỉnh lưu Tiristo – động cơ( T – Đ) không đảo chiều. Chương II:
TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU THYRISTOR HÌNH
CẦU 3 PHA. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGHUYÊN LÝ HỆ THỐNG
CHỈNH LƯU - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (hệ T- Đ)
KHÔNG ĐẢO CHIỀU
2.1. TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU THYRISTOR HÌNH CẦU 3 PHA:
2.1.1. Giới thiệu về thyristor: a)Diode:
-Cấu tạo: gồm 2 lớp bán dẫn P – N ghép với nhau tạo nên lớp tiếp giáp P-N có 2
cực A (anode) và B (cathode). A K A K P N
-Hoạt động: khi đặt điện áp đầu + vào cực A và đầu – vào cực K (UAK>0) thì diode
phân cực thuận và dẫn điện. Khi đảo cực U <0 thì diode phân cực ngược và đóng. AK -Đặc tính Volt – Ampe: UTO
+Nhánh thuận: UTO : điện áp rơi trên diode (turn on)
+Nhánh nghịch: UBR : điện áp đánh thủng (breaking) U
:điện áp ngược lặp lại cực đại (Repetitive peak reverse voltage) RRM U
:điện áp ngược không lặp lại cực đại RSM (surge peak reverse voltage)
-Dặc tính động của diode:
+Khi chuyển từ trạng thái mở -> đóng sẽ làm xuất hiện dòng chuyển mạch irr và tắt
đi rất nhanh chóng khoảng 10 – 100 𝜇s, do dòng này đi qua cuộn cảm và tắt đi rất
nhanh làm xuất hiện suất điện động lớn đặt ngược lên diode khiến cho diode bị đánh thủng.
+Bảo vệ quá áp trong: ta dùng mạch RC mắc song song với diode. b)Thyristor:
-Thyristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn P1-N1-P2-N2 liên tiếp tạo nên ba cực:
anot A, catot K và cực điều khiển G(gate) Tại ba vị trí tiếp xúc nhau của các lớp
P1-N1-P2-N2 tạo nên các lớp tiếp giáp J1,J2,J3. A A P1 J1 N1 J2 G G P2 J3 N2 K K
-Thyristor hoạt động ở 3 trạng thái:
+ Mở: khi UAK > 0 và IG >0 (phân cực thuận – cho dòng điện đi qua).
+ Khóa: khi UAK > 0 và IG = 0 (phân cực thuận – không cho dòng điện đi qua).
+ Đóng: khi UAK < 0 (phân cực ngược).
-Đặc tính Volt – Ampe của thyristor: i(A) (1) (2) IL U I BR H IG=0 U u(V) TO UBO (3)
+Nhánh thuận – mở (1): Thyritor ở trạng thái dẫn điện.
UTO : điện áp mở thyristor
IH : dòng duy trì: là dòng qua thyritor khi vừa chuyển sang trạng thái mở.
IL : dòng chốt: khi dòng qua thyristor đạt giá trị IL thì thyristor có thể tự duy trì
trạng thái mở khi ngắt xung kích IG.
+Nhánh thuận – khóa (2):
U : điện áp tự mở của thyritor: khi điện áp 2 đầu thyristor đạt giá trị U BO BO thì
thyristor sẽ tự mở mà không cần xung kích => Mở ngoài ý muốn.
+Nhánh ngược – đóng (3):
UBR : điện áp ngược đánh thủng.
-Điều kiện mở thyristor: ta đặt điện áp UAK > 1V vào 2 đầu thyristor và đồng thời
đưa tín hiệu điều khiển iG vào cổng G, dòng này sẽ xuât hiện và tắt đi trong khoảng thời gian ngắn. -Đóng thyristor: ta đặt U
< 0 vào thì thyristor sẽ đóng. AK
2.1.2. Chỉnh lưu thyristor cầu 3 pha:
a) Sơ đồ cấu tạo chỉnh lưu thyristor cầu 3 pha: Đ u3
-Nguồn 3 pha lý tưởng đối xứng: u1 = √2 Usin𝜃 2𝜋 u2 = √2 Usin(𝜃 − ) 3 4𝜋 u3 = √2 Usin(𝜃 − ) 3
-Tải động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
-Linh kiện bán dẫn: 6 thyristor. b)Hoạt động:
-Điện áp ra: ud = udA - udK + u ) và điện áp
dA chỉ phụ thuộc vào góc kích của nhóm linh kiện anode (V1, V3, V5
nguồn, không phụ thuộc trạng thái kích của các thyristor nhóm cathode. Tương tự với udK.
+ Góc điều khiển của mỗi thyristor 0 < 𝛼 < 𝜋. -Xung kích:
+Thyristor cần được kích lặp lại để đảm bảo dòng liên tục.
Sơ đồ đưa xung kích vào Thyristor
c) Điện áp và dòng điên chỉnh lưu:
- Số xung đập mạch p=6.
- Trị số trung bình điện áp chỉnh lưu: 𝜋 1 +𝛼 3√6 U 2 d(𝛼) = 2𝜋 ∫𝜋 𝑢𝑑𝑑𝜃 = 𝑈𝑐𝑜𝑠𝛼 = U +𝛼 𝜋 d0cos𝛼 6 6
+Phạm vi góc điều khiển 𝛼: bằng phạm vi góc điều khiển của các nhóm chỉnh
lưu mạch tia (0 < 𝛼 < 𝜋), do đó điện áp trung bình trên tải có thể điều khiển thay đổi trong khoảng: 3√6 3√6 − 𝑈 < U 𝑈 𝜋 d < 𝜋
+Như vậy bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn có thể làm việc ở chế độ
nghịch lưu và chuyển năng lượng về nguồn. -Dòng trung bình qua tải: 𝑈𝑑−𝐸 Id = 𝑅 -Dòng điện qua thyristor: 𝐼𝑑 Iv = 3
-Điện áp ngược cực đại đặt lên linh kiện: UDRM = URRM = √6U
-Dòng điện qua nguồn điện áp: i1 = iv1 – iv4 i2 = iv3 – iv6 i3 = iv5 – iv2
-Trị hiệu dụng của dòng điện qua nguồn (giả thiết dòng tải không đổi): 2𝜋 I = √ 1 ∫ 𝑖 2𝑑𝜃 = √2 I 2𝜋 1 0 3 d
-Công suất của tải: Pd = UdId
- Hệ số công suất nguồn của bộ chỉnh lưu: 𝑃 U 3√6𝑈𝐼 𝜆 𝑑 dId 𝑑 = = = cos𝛼 = 0,955cos𝛼 𝑆 3UI 2 3𝑈𝜋√ 𝐼 3 𝑑
2.1.3. Hiện tượng trùng dẫn:
-Giả sử V1, V2 đang dẫn dòng. Khi 𝜃 - 𝜃1 cho xung điều khiển mở van V3 , do Lc ≠
0 nên iv1 không thể giảm đột ngột từ Id → 0 và iv2 cũng không thể tăng đột ngột từ 0 → I . Do đó V d
1 và V3 đều cùng dẫn dòng, 2 nguồn u1, u2 nối ngắn mạch.
Ta có điện áp ngắn mạch: u2 – u1 = √6U.sin𝜃 (1) 𝑑𝑖𝑣1 𝑑𝑖𝑣3 iv1 + iv3 = Id = const => + = 0 (2) 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝑑𝑖𝑣1 𝑑𝑖𝑣3 𝑑𝑖𝑣3 𝑑𝑖𝑣1 Ta có: u1 – Lc. = u => L - ) = u 𝑑𝑡 2 – Lc. 𝑑𝑡 c( 𝑑𝑡 𝑑𝑡 2 – u1 (3) 𝑑𝑖 √6𝑈𝑠𝑖𝑛𝜃 Từ (1), (2), (3) => 𝑣3 = 𝑑𝜃 2𝜔𝐿𝑐 √6𝑈 Dòng qua van V (cosα – 3: iv3 = cos𝜃) 2𝜔𝐿𝑐 √6𝑈 Dòng qua van V – (cosα – 1: iv1 = Id iv3 = Id - cos𝜃) 2𝜔𝐿𝑐 u3 ~ u2 ~ u1 ~ V4 V1 V6 V3 V2 V5 K A
Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha có hiện tượng trùng dẫn udA 𝑢3 + 𝑢1 2 𝑢1 + 𝑢2 2 𝜃1 𝜃2 θ 𝑢2 + 𝑢3 2 udK
Sơ đồ dạng sóng điện áp chỉnh lưu cầu 3 pha cóhiện tượng trùng dẫn
-Giả thiết quá trình trùng dẫn kết thúc khi 𝜃 = 𝜃1 và 𝜇 = 𝜃2 - 𝜃1 là góc chuyển mạch. √6𝑈 Khi 𝜃 = 𝜇 thì i [cosα –
v1 = 0 và iv3 = Id, ta có: Id = cos(𝛼 + 𝜇)] (*) 2𝜔𝐿𝑐 𝐼𝑑2𝜔𝐿𝑐 => 𝜇 = arccos(cosα - ) – α √6𝑈
-Điện áp khi chuyển mạch: 𝑑𝑖𝑣1 𝑑𝑖𝑣3 u1 – Lc. = u = u 𝑑𝑡 d; u2 – Lc. 𝑑𝑡 d; 𝑢1+ 𝑢2 => ud = 2
Độ sụt giảm của điện áp chỉnh lưu trung bình: 1 𝛼+𝜇 3 𝛼+𝜇 𝑢2−𝑢1 ∆Ud0 = ∫ (𝑢 = ∫ ( ) 𝑑𝜃 2𝜋/3 2 − 𝑢𝑑)𝑑𝜃 𝛼 2𝜋 𝛼 2 3√6𝑈 => ∆Ud0 =
[cosα – cos(𝛼 + 𝜇)] (**) 2𝜋 3𝜔𝐿𝑐
Từ (*) và (**) ta có: ∆Ud0 = .I 𝜋 d;
-Điện áp chỉnh lưu trung bình khi có tính đến quá trình chuyển mạch: 3𝜔𝐿𝑐 U cosα d = Ud0 - .I 𝜋 d
2.2. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ
ĐIỆN MỘT CHIỀU (HỆ T-Đ) KHÔNG ĐẢO CHIỀU:
2.2.1. Hệ T - Đ không đảo chiều:
-Sơ đồ nguyên lý hệ T – Đ không đảo chiều: BĐK Ukt CK V1 V3 V5 u1 u2a Rkt u2 u2b Ud M Ckt u3 u2c BA V4 V6 V2
-Khi ta dùng bộ chỉnh lưu thyristor cầu 3 pha có điều khiển để làm bộ nguồn một
chiều cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều, ta có điện áp chỉnh lưu của hệ là: Ud = Ud0cos𝛼
Vậy ta có phương trình đặc tính cơ điện và phương trình đặc tính cơ của hệ T-Đ
không đảo chiều với dòng liên tục: 𝑈 𝑅 𝜔 𝑑0.𝑐𝑜𝑠𝛼 ư+𝑅𝑐𝑙 = − ∙ I 𝐾𝜙 ư đ𝑚 𝐾𝜙đ𝑚 𝑈 𝑅 𝜔 𝑑0.𝑐𝑜𝑠𝛼 ư+𝑅𝑐𝑙 = − ∙ M 𝐾𝜙đ𝑚 (𝐾𝜙đ𝑚)2 ω = ω0’ + ∆ω Trong đó: 𝑈 ω 𝑑0.𝑐𝑜𝑠𝛼 0’ =
là tốc độ không tải giả tưởng, vì lúc đó ở vùng dòng điện 𝐾𝜙đ𝑚
gián đoạn, hệ sẽ có thêm một lượng sụt áp nên đường đặc tính điều chỉnh dốc hơn,
tốc độ không tải lý tưởng thực ω ’.
0 sẽ lớn hơn tốc độ không tải giả tưởng ω0
Vậy khi thay đổi góc điều khiển 𝛼 = (0 ÷ 𝜋) thì Ud thay đổi từ Ud0 đến –Ud0 và
ta sẽ được một họ đặc tính cơ song song nhau nằm ở nữa bên phải của mặt phẳng
tọa độ (ω,I) hoặc (ω,M) nếu chúng ta chỉ cho một bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ chỉnh lưu.
-Vùng dòng điện gián đoạn bị giới hạn bởi một nữa đường elip với trục tung: 𝑈 𝜋 𝜋 I 𝑑0.𝑠𝑖𝑛𝛼 d.blt = ∙ (1 − 𝑐𝑜𝑡 )
𝑋𝐵𝐴+2𝜋𝑓1𝐿ư𝛴 𝑚 𝑚
Trong đó: XBA – Điện kháng máy biến áp.
LưΣ – Điện cảm tổng mạch phần ứng. f – 1 Tần số lưới. m – số pha chỉnh lưu.
Sơ đồ thay thế và đặc tính cơ – điện của hệ T – Đ không đảo chiều: Ud = Iư Uư b)
a) Sơ đồ thay thế hệ T- Đ không đảo chiều.
b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ hệ T-Đ.