Lời mở đầu
Điều khiển là một lĩnh vực quan trọng trong đời sống xã hội. Bất kì ở vị trí nào, bất cứ làm một công việc gì mỗi chúng ta đều tiếp cận với điều khiển. Nó là khâu quan trọng quyết định sự thành bại trong mọi hoạt động của chúng ta.
Ngày nay, mặc dù dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi nhưng động cơ điện một chiều vẫn tồn tại. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và phạm vi rộng. Vì động cơ điện một chiều có đặc tính làm việc rất tốt trên các mặt điều chỉnh tốc độ (phạm vi điều chỉnh rộng, thậm chí từ tốc độ bằng 0). Nhưng độ tin cậy khi sử dụng động cơ một chiều lại thấp hơn so với động cơ không đồng bộ do có hệ thống tiếp xúc chổi than.
Hệ thống điều khiển chỉnh lưu - động cơ một chiều cũng là một ứng dụng của kỹ thuật điều khiển. Chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristo để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ. Chỉnh lưu cũng có thể dùng làm nguồn điện chỉnh điện áp kích từ cho động cơ. Hệ thống này thường được dùng cho các động cơ điện được cấp điện từ lưới xoay chiều.
"Đồ án thiết kế hệ điều khiển CL - Đ "một chiều gồm 6 chương:
Chương1: Khái quát về điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều
Chương 2: Khái quát về nguồn chỉnh lưu.
Chương 3: Thiết kế nguồn chỉnh lưu động lực.
Chương 4: Tính toán đặc tính điều khiển của động cơ.
Chương 5: Thiết kế mạch điều khiển.
Chương 6: Hệ thống điều khiển với phản hồi.
Nội dung đồ án chắc chắn còn rất nhiều vấn đề cần bổ xung hoàn thiện, em rất mong ý kiến đánh giá và nhận xét của các thầy cô cùng các bạn sinh viên.
Chương I
Khái quát về điều khiển động cơ điện một chiều.
1.1 Đại cương về động cơ điện một chiều
1. Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều chia thành 2 phần chính:
a. Phần tĩnh ( stato)
Gồm các bộ phận chính sau:
- Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ.
Lõi sắt cực từ làm bằng thép kĩ thuật điện dày ( 0,5 –1)mm ép lại và tán chặt.
Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện.
Trong các máy công suất nhỏ, cực từ chính là một nam châm vĩnh cửu.
Trong các máy công suất trung bình và lớn, cực từ chính là nam châm điện.
- Cực từ phụ: đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện điều kiện làm việc của máy điện và đổi chiều
Lõi thép cực từ phụ có thể là một khối hoặc có thể được ghép bởi các lá thép tùy theo chế độ làm việc.
Xung quanh cực từ phụ được đặt dây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ phụ được nối với dây quấn phần ứng.
- Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
b. Phần quay ( rôto)
Bao gồm các bộ phận chính sau:
- Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kĩ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây lên.
Trong máy điện nhỏ, lõi thép phần ứng được ép trực tiếp vào trục.
Trong máy điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto.
- Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua.
Dây quấn phần ứng thường làm bằng đồng có bọc cách điện.
Trong máy điện công suất nhỏ, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện tròn. Trong máy điện công suất vừa và lớn, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện hình chữ nhật.
- Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều.
- Cơ cấu chổi than: dùng để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài.
2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
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 đông Eư còn được gọi là sức phản diện
Phương trình điện áp là:
3. Phân loại động cơ điện một chiều
Cũng như máy phát, động cơ điện được phân loại theo cách kích thích từ thành các động cơ điện sau:
a. 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.
b. Động cơ kích từ nối tiếp
Động cơ kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng.
c. Động cơ kích từ hỗn hợp
Động cơ kích từ hỗn 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.
Đồ án dài 90 trang, có file kèm bản vẽ chi tiết
72 trang |
Chia sẻ: banmai | Lượt xem: 1872 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Ön ¸p, dßng ®iÖn mét chiÒu dùa trªn nguyªn lý ®ãng ng¾t cã chu k× nguån ®iÖn mét chiÒu.
Nguyªn lý ®iÒu khiÓn
Khi khãa K ®ãng dßng ®iÖn t¨ng lµm t¨ng tèc ®é ®éng c¬ vµ tÝch lòy n¨ng lîng ®iÖn tõ cho ®iÖn c¶m trong m¹ch. Trong thêi gian khãa c¾t, n¨ng lîng ®iÖn tõ ®· tÝch lòy sÏ phãng qua Vo ®Ó duy tr× dßng ®iÖn phÇn øng.
C¸c chÕ ®é lµm viÖc
ChÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc
Khi dßng vµ ®iÖn c¶m trong m¹ch ®ñ lín th× n¨nsg lîng ®iÖn tõ ®ñ duy tr× dßng ®iÖn cho ®Õn khi b¾t ®Çu chu k× míi. Khi ®ã dßng phÇn øng cã d¹ng liªn tôc.
§iÖn ¸p mét chiÒu ®îc ®iÒu chØnh b»ng bé b¨m ¸p cung cÊp cho phÇn øng cña ®éng c¬.
§iÖn ¸p m«t chiÒu ®îc b¨m víi ®iÖn ¸p trung b×nh:
Ta ®iÒu chØnh th«ng qua chu k× T. Chu k× cµng nhá ( tÇn sè cµng lín
f = 1 /T) th× vïng gi¸n ®o¹n cµng nhá, chÊt lîng ®iÒu khiÓn cµng cao.
® §iÒu khiÓn b¨m ¸p cã chÊt lîng tèt h¬n ®iÒu khiÓn chØnh lu khi tÇn sè f cao.
ChÕ ®é dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n
NÕu dßng ®iÖn vµ ®iÖn c¶m cã gi¸ trÞ nhá th× ®êng cong cã d¹ng gi¸n ®o¹n.
NÕu dßng ®iÖn vµ ®iÖn c¶m cã gi¸ trÞ giíi h¹n nµo ®ã th× dßng ®iÖn cã thÓ gi¶m ®Õn 0 ®óng vµo thêi ®iÓm ®Çu cña chu k× tiÕp theo. Khi ®ã ta cã dßng biªn liªn tôc.
§Æc tÝnh c¬ cña hÖ thèng
w
g = 0
g = 1
I, M
wo
Iblt
wblt
0
Víi dßng ®iÖn liªn tôc:
Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬
§Ó ®iÒu khiÓn tèc ®é ta ®iÒu khiÓn hÖ sè g tøc lµ ®iÒu khiÓn ®é réng xung ®iÖn ¸p q trong chu k× ®iÖn ¸p.
Trong vïng liªn tôc, ®Æc tÝnh c¬ lµ tËp hîp c¸c ®êng th¼ng song song víi tèc ®é kh«ng t¶i lý tëng
vµ ®é cøng ®Æc tÝnh c¬:
Víi dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n
§Æc tÝnh c¬ lµ c¸c ®êng cong. Còng nh trong hÖ CL - §, ë chÕ ®é nµy do m«men ®iÖn tõ gi¸n ®o¹n mµ ®Æc tÝnh c¬ trë nªn rÊt mÒm.
Biªn giíi liªn tôc lµ ®êng cã d¹ng nöa h×nh elip n»m ë gãc phÇn t thø nhÊt vµ cã d¹ng nÐt ®øt trªn h×nh vÏ.
§Æc ®iÓm:
¦u ®iÓm
Vèn ®Çu t nhá, hÖ ®¬n gi¶n, ch¾c ch¾n.
§é cøng ®Æc tÝnh c¬ cao, xÊp xØ ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn.
Nhîc ®iÓm
§iÖn ¸p d¹ng xung g©y ra tæn thÊt phô lín trong ®éng c¬
HÖ thèng cã thÓ lµm viÖc ë tr¹ng th¸i dßng gi¸n ®o¹n víi nh÷ng ®Æc tÝnh kÐm æn ®Þnh vµ tæn thÊt n¨ng lîng nhiÒu.
Ch¬ng II
Kh¸i qu¸t vÒ nguån chØnh lu
Bé chØnh lu lµ bé biÕn ®æi ®iÖn ¸p xoay chiÒu thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu. Bé biÕn ®æi nµy cã thÓ lµ chØnh lu kh«ng ®iÒu khiÓn vµ chØnh lu cã ®iÒu khiÓn. C¸c bé chØnh lu cã ®iÒu khiÓn cã thÓ trao ®æi n¨ng lîng theo 2 phÝa: khi n¨ng lîng truyÒn tõ líi xoay chiÒu sang t¶i bé nguån lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh lu, khi n¨ng lîng truyÒn theo chiÒu ngîc l¹i tõ t¶i mét chiÒu vÒ líi xoay chiÒu th× bé nguån lµm viÖc ë chÕ ®é nghÞch lu tr¶ n¨ng lîng vÒ líi. Díi ®©y ta xÐt mét sè s¬ ®å chØnh lu thêng gÆp:
ChØnh lu c¶ chu k× víi biÕn ¸p trung tÝnh
S¬ ®å ®éng lùc
Theo h×nh d¹ng s¬ ®å th× biÕn ¸p ph¶i cã hai cuén d©y thø cÊp víi th«ng sè gièng hÖt nhau, mçi cuén lµm viÖc ë nöa chu k×.
§êng cong
0
a1
a2
a3
Ud
Id
t
T¶i ®iÖn c¶m lín
Nguyªn lý
§Ó ®iÒu khiÓn ®îc ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn t¶i ta ®iÒu khiÓn gãc më a cña Tiristo hay thêi ®iÓm më. Tiristo muèn më ®îc ph¶i cã 2 ®iÒu kiÖn: ®iÖn ¸p anod d¬ng h¬n so víi catod vµ cã dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn.
Khi Tiristo T1 ®îc më sÏ cã dßng ®iÖn ch¹y qua t¶i vµ duy tr× T1 ë tr¹ng th¸i dÉn tíi lóc dßng ®iÖn b»ng kh«ng, lóc ®ã ®iÖn ¸p ®æi dÊu vµ kÝch më T2 ngay lËp tøc, T2 chuyÓn sang dÉn.
§èi víi t¶i thuÇn trë th× dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n cßn khi t¶i cã ®iÖn c¶m th× dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n hay liªn tôc lµ do n¨ng lîng ®iÖn tõ tÝch lòy trong cuén d©y lín hay bÐ W®t = L.i2/2 phô thuéc vµo L, i do a quyÕt ®Þnh ( NÕu a cµng lín th× i2 cµng lín , vïng gi¸n ®o¹n nhá ®i). Khi t¶i ®iÖn c¶m lín tíi møc dßng ®iÖn cña van ®ang dÉn b»ng 0 ®· më van kÕ tiÕp th× ®êng cong ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn lµ liªn tôc.
NhËn xÐt
Trong s¬ ®å nµy, ®iÖn ¸p t¶i ®Ëp m¹ch trong c¶ hai nöa chu k× víi tÇn sè ®Ëp m¹ch b»ng hai lÇn tÇn sè ®iÖn ¸p xoay chiÒu.
ViÖc ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn ë ®©y t¬ng ®èi ®¬n gi¶n.
ViÖc chÕ t¹o biÕn ¸p phøc t¹p hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p xÊu h¬n.
§iÖn ¸p ngîc cña c¸c van b¸n dÉn ph¶i chÞu cã trÞ sè lín nhÊt trong c¸c s¬ ®å chØnh lu:
Trong chØnh lu mét pha nÕu t¶i cã dßng ®iÖn lín vµ ®iÖn ¸p thÊp th× s¬ ®å mét pha chØnh lu c¶ chu k× víi biÕn ¸p cã trung tÝnh cã u ®iÓm h¬n c¶.
ChØnh lu cÇu mét pha
ChØnh lu cÇu mét pha ®iÒu khiÓn cã ®èi xøng
0
a1
a2
a3
Ud
Id
t
T¶i ®iÖn c¶m lín
Nguyªn lý ho¹t ®éng:
Trong 1/2 chu k× ®iÖn ¸p anod cña Tiristo T1 d¬ng (khi ®ã catod T2 ©m), nÕu cÊp xung ®iÒu khiÓn dång thuËn víi ®iÒu kiÖn ph¶i c¶ hai xung cïng mét lóc th× T1, T2 sÏ dÉn. §Õn 1/2 chu k× sau ®iÖn ¸p ®æi dÊu, anod cña T3 d¬ng, catod cña T4 ©m, nÕu cã xung ®iÒu khiÓn ®ång thêi cho c¶ 2 van th× c¸c van sÏ ®îc më th«ng.
NhËn xÐt
ChØnh lu cÇu mét pha cã chÊt lîng ®iÖn ¸p ra hoµn toµn gièng nh chØnh lu c¶ chu k× víi biÕn ¸p trung tÝnh nhng ®iÖn ¸p ngîc ph¶i chÞu nhá h¬n:
S¬ ®å nµy ®îc dïng víi lo¹i t¶i lµm viÖc ë chÕ ®é nghÞch lu tr¶ n¨ng lîng vÒ líi.
ChØnh lu cÇu mét pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng
ChØnh lu nµy ®îc thùc hiÖn b»ng hai ph¬ng ph¸p kh¸c nhau:
S¬ ®å cïng cùc tÝnh
S¬ ®å kh«ng cïng cùc tÝnh
§êng cong:
0
Ud
t
2p
a2
a3
a1
p
3p
H×nh d¹ng ®êng cong ®iÖn ¸p cña hai s¬ ®å gièng nhau vµ kh«ng cã phÇn ©m ®iÖn ¸p
S¬ ®å cïng cùc tÝnh
C¸c van b¸n dÉn ®îc dÉn th«ng trong mét nöa chu k×: c¸c diod dÉn tõ ®Çu ®Õn cuèi b¸n k× ®iÖn ¸p ©m catod cßn c¸c Tiristo ®îc dÉn th«ng t¹i thêi ®iÓm cã xung më vµ bÞ khãa bëi viÖc më Tiristo ë mét nöa chu k× kÕ tiÕp.
Víi s¬ ®å cïng cùc tÝnh th× ®iÖn ¸p t¶i lµ gi¸n ®o¹n dï ®iÖn c¶m b»ng hoÆc kh¸c kh«ng. Khi Ld ¹ 0 thÝ ë s¬ ®å nµy Tiristo vµ Diod cßn ®ãng vai trß x¶ n¨ng lîng cña cuén d©y th«ng qua nguån. V× vËy cho nªn kh«ng cã phÇn ©m ®iÖn ¸p vµ kh«ng cã tr¶ n¨ng lîng vÒ líi mÆc dï ®iÖn ¸p v« cïng lín.
Dßng ®iÖn ch¹y qua Tiristo vµ Diod lµ b»ng nhau nªn lùa chän van b¸n dÉn vµ Diod b¸n dÉn th× cïng th«ng sè dßng ®iÖn.
S¬ ®å kh«ng cïng cùc tÝnh
Khi ®iÖn ¸p líi ®Æt vµo anod vµ catod cña c¸c van b¸n dÉn thuËn chiÒu vµ cã xung ®iÒu khiÓn th× viÖc dÉn th«ng c¸c van hoµn toµn gièng nh s¬ ®å trªn. Khi ®iÖn ¸p ®æi dÊu, n¨ng lîng cña cuén d©y ®îc x¶ ra qua c¸c diod D1, D2 _ c¸c van nµy ®ãng vai trß cña diod ngîc, do ®ã mµ c¸c Tiristo sÏ tù ®éng khãa khi ®iÖn ¸p ®æi dÊu.
H×nh d¹ng ®êng cong ®iÖn ¸p cña s¬ ®å cÇu mét pha kh«ng cïng cùc tÝnh trïng víi ®êng cong ®iÖn ¸p cña s¬ ®å cÇu mét pha cïng cùc tÝnh vµ kh«ng cã phÇn ©m ®iÖn ¸p ( kh«ng cã tr¶ n¨ng lîng vÒ líi)
Dßng ®iÖn cña Diod vµ Tiristo kh«ng b»ng nhau ®îc thÓ hiÖn b»ng kho¶ng dÉn cña Diod vµ Tiristo khi t¶i ®iÖn c¶m: ID > IT
NhËn xÐt
S¬ ®å cÇu ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng cã u ®iÓm h¬n so víi s¬ ®å cÇu ®iÒu khiÓn ®èi xøng:
T¹i mét thêi ®iÓm më Tiristo chØ cÇn mét xung ®iÒu khiÓn hay chØ cÇn mét xung dÉn.
S¬ ®å ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n h¬n, gi¸ thµnh thiÕt bÞ gi¶m.
S¬ ®å cÇu mét pha cã chÊt lîng ®iÖn ¸p t¬ng ®¬ng víi chØnh lu c¶ chu k× víi biÕn ¸p trung tÝnh nhng cã u ®iÓm ë chç: ®iÖn ¸p ngîc trªn van bÐ h¬n, biÕn ¸p dÔ chÕ t¹o, cã hiÖu suÊt cao h¬n, dï vËy gi¸ thµnh cao h¬n gÊp 2 lÇn.
NÕu t¶i cã ®iÖn ¸p cao, dßng ®iÖn nhá th× viÖc chän s¬ ®å cÇu lµ hîp lý, thêng dïng s¬ ®å ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng, chØ khi nµo t¶i lµm viÖc ë chÕ ®é tr¶ n¨ng lîng vÒ líi th× míi dïng s¬ ®å cÇu ®iÒu khiÓn ®èi xøng.
Þ Tãm l¹i, c¸c s¬ ®å chØnh lu mét pha cho ta ®iÖn ¸p víi chÊt lîng cha cao, biªn ®é ®Ëp m¹ch qu¸ lín, thµnh phÇn hµi bËc cao lín, ®iÒu nµy kh«ng ®¸p øng cho nhiÒu lo¹i t¶i. Muèn cã chÊt lîng ®iÖn ¸p tèt h¬n chóng ta ph¶i sö dông c¸c s¬ ®å cã sè pha lín h¬n.
ChØnh lu tia 3 pha
S¬ ®å
BiÕn ¸p ba pha víi thø cÊp 3 cuén d©y ®Êu Y cã trung tÝnh. C¸c van b¸n dÉn nèi cïng cùc tÝnh, cùc tÝnh cßn l¹i nèi víi 3 pha. T¶i ®îc nèi tõ ®Çu nèi cùc tÝnh cña van b¸n dÉn víi d©y trung tÝnh.
Nguyªn lý
Nguyªn t¾c më th«ng vµ ®iÒu khiÓn c¸c van: khi anod cña van nµo d¬ng h¬n th× van ®ã míi ®îc kÝch më, thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p cña hai pha giao nhau ®îc coi lµ gãc th«ng tù nhiªn cña c¸c van b¸n dÉn. Cßn c¸c Tiristo chØ ®îc më th«ng víi gãc më nhá nhÊt t¹i thêi ®iÓm gãc më tù nhiªn( nh vËy trong chØnh lu tia 3 pha, gãc më nhá nhÊt
a = 0 sÏ dÞch pha so víi ®iÖn ¸p pha mét gãc lµ 30o)
ChØnh lu tia 3 pha ®îc ph©n biÖt bëi hai vïng më kh¸c nhau:
Khi a < p/6 th× viÖc më van b¸n dÉn kh«ng phô thuéc vµo t¶i d¹ng g×. Trong vïng më ®iÖn ¸p d¬ng c¸c Tiristo dÉn liªn tôc: cã sù chuyÓn m¹ch tõ van nµy sang van kia, kh«ng cã sù hoµn tr¶ n¨ng lîng vÒ líi. C¸c ®êng cong Ud, Id liªn tôc.
Ud
Id
t
0
a1
a2
a4
a3
Khi a > p/6 th× Tiristo sÏ ®îc më trong kho¶ng nµo tïy thuéc vµo tÝch chÊt cña t¶i: nÕu t¶i thuÇn trë th× ®êng cong ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn lµ gi¸n ®o¹n cßn nÕu t¶i ®iÖn c¶m (nhÊt lµ ®iÖn c¶m lín) th× ®êng cong dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p lµ c¸c ®êng cong liªn tôc nhê n¨ng lîng dù tr÷ trong cuén d©y ®ñ lín ®Ó duy tr× dßng ®iÖn khi ®iÖn ¸p ®æi dÊu. Víi t¶i ®iÖn c¶m, Tiristo ®îc dÉn cã phÇn ©m ®iÖn ¸p nªn cã sù tr¶ n¨ng lîng vÒ líi.
t
a2
A
B
C
A
a1
a3
a4
T¶i thuÇn trë
t
A
B
C
A
T¶i ®iÖn c¶m lín
NhËn xÐt
So víi chØnh lu mét pha th× chØnh lu tia 3 pha cã chÊt lîng ®iÖn ¸p tèt h¬n, biªn ®é ®Ëp m¹ch thÊp h¬n, thµnh phÇn sãng hµi bËc cao bÐ h¬n.
Khi lµm viÖc dßng ®iÖn chØ ch¹y qua mét pha víi d©y quÊn thø cÊp nªn hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p thÊp do ®ã ph¶i thiÕt kÕ biÕn ¸p cã c«ng suÊt lín h¬n lµm gi¶m hiÖu suÊt chung cña hÖ thèng.
Khi chÕ t¹o biÕn ¸p ®éng lùc c¸c cuén d©y thø cÊp ph¶i ®îc ®Êu Y víi d©y trung tÝnh ph¶i lín h¬n d©y pha ( v× d©y trung tÝnh chÞu dßng t¶i)
MÆc dï chØnh lu tia 3 pha cã u ®iÓm lµ ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn t¬ng ®èi ®¬n gi¶n nhng nã còng cã nhîc ®iÓm lµ ®iÖn ¸p chØnh lu cã nhiÒu sãng ®iÒu hßa bËc cao biªn ®é lín. Do ®ã ®Ó n©ng cao chÊt lîng dßng ®iÖn phÇn øng ta ph¶i thiÕt kÕ cuén läc víi ®iÖn c¶m lín vµ phøc t¹p.
ChØnh lu tia 3 pha thêng ®îc chän khi: c«ng suÊt t¶i kh«ng qu¸ lín so víi biÕn ¸p nguån cÊp, t¶i cã yªu cÇu kh«ng qu¸ cao vÒ chÊt lîng ®iÖn ¸p mét chiÒu. §èi víi lo¹i t¶i cã ®iÖn ¸p mét chiÒu ®Þnh møc lµ 220V th× s¬ ®å tia 3 pha cã u ®iÓm h¬n c¶
ChØnh lu cÇu 3 pha
ChØnh lu cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng
S¬ ®å:
S¬ ®å cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng cã thÓ coi nh hai s¬ ®å chØnh lu tia 3 pha m¾c ngîc chiÒu nhau: 3 Tiristo T1, T3, T5 t¹o thµnh mét chØnh lu tia 3 pha cho ®iÖn ¸p d¬ng t¹o thµnh nhãm anod, cßn T2, T4, T6 lµ mét chØnh lu tia 3 pha cho ®iÖn ¸p ©m t¹o thµnh nhãm catod, hai chØnh lu nµy ghÐp l¹i thµnh cÇu 3 pha.
Nguyªn lý
Theo ho¹t ®éng cña chØnh lu cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng, dßng ®iÖn ch¹y qua t¶i lµ dßng ®iÖn ch¹y tõ pha nµy vÒ pha kia, do ®ã t¹i mçi thêi ®iÓm cÇn më Tiristo chóng ta cÇn cÊp 2 xung ®iÒu khiÓn ®ång thêi (1 xung ë nhãm anod, 1 xung ë nhãm catod). Hai xung ®iÒu khiÓn cã: mét xung chÝnh quyÕt ®Þnh gãc më, 1 xung ®ªm ®Ó cã dßng ®iÖn. Víi ®êng cong ®iÖn ¸p gi¸n ®o¹n xung ®Öm chØ cã t¸c dông måi.CÇn chó ý r»ng thø tù cÊp xung ®iÒu khiÓn còng cÇn tu©n thñ ®óng thø tù pha.
Thø tù c¸c xung ®iÒu khiÓn:
Thêi ®iÓm
Xung chÝnh
Xung ®Õm
§iÒu khiÓn ë nhãm A
a1
T1
T4
a3
T3
T6
a5
T5
T2
§iÒu khiÓn ë nhãm K
a4
T2
T3
a6
T4
T5
a2
T6
T1
Khi chóng ta cÊp ®óng xung ®iÒu khiÓn, dßng ®iÖn ch¹y tõ pha cã ®iÖn ¸p d¬ng h¬n ®Õn pha cã ®iÖn ¸p ©m h¬n.
A
B
C
A
a1
a2
a3
a4
a5
a6
t
Uf
0
a7
Khi gãc më c¸c Tiristo lín lªn tíi gãc a > 60o vµ thµnh phÇn ®iÖn c¶m cña t¶i nhá th× ®iÖn ¸p t¶i sÏ bÞ gi¸n ®o¹n.
NhËn xÐt
§iÖn ¸p ngîc cña c¸c van ph¶i chÞu ë chØnh lu cÇu 3 pha sÏ b»ng 0 khi van dÉn vµ b»ng ®iÖn ¸p d©y khi van khãa.
S¬ ®å cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng cho chÊt lîng ®iÖn ¸p tèt, hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p cao, tuy nhiªn ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn phøc t¹p (cÇn më ®ång thêi 2 van theo ®óng thù tù pha) nªn trong thùc tÕ nÕu kh«ng thËt cÇn thiÕt th× tr¸nh kh«ng dïng nhng nÕu lµ bé nguån chØnh lu ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu th× b¾t buéc ph¶i dïng.
ChØnh lu cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng
S¬ ®å
Lo¹i chØnh lu nµy ®îc cÊu t¹o tõ mét nhãm ®iÒu khiÓn vµ mét nhãm kh«ng ®iÒu khiÓn.
Nguyªn lý
PhÝa ®iÒu khiÓn: Tiristo ®îc dÉn th«ng tõ thêi ®iÓm cã xung më cho ®Õn khi më Tiristo cña pha kÕ tiÕp. Trong trêng hîp ®iÖn ¸p t¶i gi¸n ®o¹n Tiristo ®îc dÉn tõ thêi ®iÓm cã xung më cho ®Õn khi ®iÖn ¸p d©y ®æi dÊu.
PhÝa kh«ng ®iÒu khiÓn: C¸c Diod tù ®éng dÉn th«ng khi ®iÖn ¸p ®Æt lªn chóng thuËn chiÒu.
ChØnh lu cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng cã dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc khi gãc më cña c¸c van dÉn a < 60o, khi gãc më t¨ng lªn vµ thµnh phÇn ®iÖn c¶m cña t¶i nhá, dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p t¶i sÏ gi¸n ®o¹n.
A
B
C
A
a1
a2
a3
a4
a5
a6
t
Uf
0
a7
NhËn xÐt
Ta cã thÓ coi m¹ch ®iÒu khiÓn cña chØnh lu cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng nµy nh ®iÒu khiÓn mét chØnh lu tia 3 pha nhng hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p cao vµ chÊt lîng ®iÖn ¸p kh¸ tèt víi biªn ®é ®Ëp m¹ch nhá.
So víi chØnh lu cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng th× trong s¬ ®å nµy viÖc kÝch më c¸c van ®iÒu khiÓn dÔ dµng h¬n nhng biªn ®é ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh lu lín h¬n, phÇn hµi bËc 3 cã gi¸ trÞ lín kÐo theo cuén kh¸ng läc cång kÒnh.
Þ ChØnh lu cÇu 3 pha hiÖn nay lµ s¬ ®å cã chÊt lîng ®iÖn ¸p tèt nhÊt, hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p tèt nhÊt nhng s¬ ®å th× phøc t¹p nhÊt.
Lùa chän s¬ ®å thiÕt kÕ
Sau khi ph©n tÝch ®¸nh gi¸ u nhîc ®iÓm cña c¸c s¬ ®å chØnh lu, ta thÊy ®èi víi t¶i lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã c«ng suÊt nhá: P = 2,2kW vµ cã ®iÖn ¸p mét chiÒu ®Þnh møc lµ 220V th× s¬ ®å tia cã u ®iÓm h¬n c¶.
KT
¦
T1
T2
T3
C
B
A
V× vËy ta chän s¬ ®å thiÕt kÕ lµ s¬ ®å chØnh lu tia 3 pha nªn cã s¬ ®å ®éng lùc díi ®©y:
Ch¬ng III
TÝnh chän c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña m¹ch ®éng lùc
Tõ c¸c sè liÖu ban ®Çu:
P = 2,2kW; U®m = 220V; I®m = 12A; n®m = 1430 vßng/phót; h = 0,85
Tra s¸ch “ C¸c ®êng ®Æc tÝnh c¬ trong truyÒn ®éng ®iÖn” – Bïi §×nh TiÕu ta cã c¸c th«ng sè sau:
Lo¹i ®éng c¬: P32
§iÖn trë phÇn øng: R = 1,205W
Sè thanh dÉn t¸c dông cña phÇn øng: N = 936
Sè nh¸nh song song cña phÇn øng: 2a = 2
Tèc ®é quay cho phÐp cùc ®¹i: n =3000 vßng/phót
Dßng kÝch tõ ®Þnh møc: ikt = 0,49A
TÝnh chän van ®éng lùc
Van ®îc chän dùa vµo ®iÖn ¸p ngîc vµ dßng ®iÖn ®Þnh møc
§iÖn ¸p ngîc cña van:
§iÖn ¸p lµm viÖc cña van:
Trong ®ã: Do s¬ ®å chØnh lu tia 3 pha nªn :
HÖ sè ®iÖn ¸p ngîc:
HÖ sè ®iÖn ¸p t¶i:
§iÖn ¸p ngîc mµ van ph¶i chÞu:
kdtU = 1,9 : hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p ( thêng kdtU >1,6)
Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van
Dßng ®iÖn lµm viÖc cña van:
Do s¬ ®å chØnh lu tia 3 pha nªn
Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van ®îc chän dùa vµo ®iÒu kiªn lµm m¸t van.
Chän ®iÒu kiÖn lµm m¸t van b»ng kh«ng khÝ tøc lµ lµm m¸t tù nhiªn nhê c¸nh táa nhiÖt víi ®Çy ®ñ diÖn tÝch bÒ mÆt cho phÐp lµm viÖc vµ kh«ng cã qu¹t ®èi lu kh«ng khÝ. Víi ®iÒu kiÖn nµy th× cho phÐp van lµm viÖc tíi 40%I®mv
Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van cÇn chän:
I®mv = ki.Ilv = 3,5 x 6,9 = 24,15 (A)
Chän ki = 3,5 : hÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn
Chän van b¸n dÉn
Víi Unv = 875,3(V) vµ I®mv = 24,15(A), ta chän ®îc 3 Tiristo lo¹i T25N900COC cã c¸c th«ng sè sau:
§iÖn ¸p ngîc cùc ®¹i cña van: Unv = 900(V)
Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van: I®mv = 25(A)
§é sôt ¸p trªn van: DU = 1,9(V)
Dßng ®iÖn rß: Ir = 15mA
§iÖn ¸p ®iÒu khiÓn: U®k = 1,4V
Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn: I®k = 120mA
§Ønh xung dßng ®iÖn: Ipik = 640A
Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p:
Thêi gian chuyÓn m¹ch: tcm = 100ms
NhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cho phÐp: Tmax = 125oC
TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p chØnh lu
Chän m¸y biÕn ¸p 3 pha 3 trô s¬ ®å ®Êu D/Y lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ tù nhiªn.
C«ng suÊt biÕn ¸p nguån cÊp
Þ Sba = 3,4812kVA
( ks = 1,345: hÖ sè c«ng suÊt do s¬ ®å lµ chØnh lu tia ba pha)
§iÖn ¸p cña c¸c cuén d©y
§iÖn ¸p cuén d©y s¬ cÊp b»ng ®iÖn ¸p nguån: U1 = 380V
Ph¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi kh«ng t¶i:
Udocosamin = Ud + DUv + DUba
Trong ®ã: + Ud = 220V: ®iÖn ¸p chØnh lu
+ DUv = 1,9V: sôt ¸p trªn c¸c van
+ DUba = DUr + DUL = 7%.Ud = 7% x 220 = 15,4V
(thêng chän DUba = (5 – 10)%Ud)
+DUdn _ sôt ¸p trªn d©y nèi: DUdn = 0
+ amin = 10o: gãc dù tr÷ khi cã suy gi¶m ®iÖn líi.
Tõ ph¬ng tr×nh trªn ta cã:
§iÖn ¸p cuén d©y thø cÊp:
Dßng ®iÖn cña c¸c cuén d©y
Dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp m¸y biÕn ¸p
Víi s¬ ®å chØnh lu tia ba pha ta cã:
Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p:
TÝnh s¬ bé m¹ch tõ
TiÕt diÖn trô cña lâi thÐp
kQ = 6: hÖ sè phô thuéc vµo ph¬ng thøc lµm m¸t
V× c«ng suÊt biÕn ¸p nhá Sba = 3,4812kVA < 10kVA nªn ta chän trô ch÷ nhËt cã kÝch thíc QFe = a.b víi a_ bÒ réng trô; b_ bÒ dµy trô.
Ta cã
ChiÒu cao trô
. LÊy h = 13cm.
Chän lo¹i thÐp $330, c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy 0,35mm
TÝnh to¸n d©y quÊn
Sè vßng d©y mçi pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p
(vßng)
Chän mËt ®é tõ c¶m BT =1,35T
( BT tïy theo chÊt lîng t«n BT= (1 - 1,6)T )
Sè vßng d©y mçi pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p
(vßng) .LÊy W2 = 237 vßng.
Chän mËt ®é dßng ®iÖn trong m¸y biÕn ¸p
Víi m¸y biÕn ¸p c«ng suÊt nhá, khi c«ng suÊt trªn 100W th× mËt ®é dßng ®iÖn J = (2,5 – 3,5)A/mm2.Ta chän J1 = J2 = 2,69A/mm2
TiÕt diÖn d©y dÉn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p
Chän d©y dÉn tiÕt diÖn trßn.
ChuÈn hãa tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn:
+ TiÕt diÖn d©y s¬ cÊp: S1 = 1,4314mm2
+ §êng kÝnh d©y: d1 = 1,35mm
+ §êng kÝnh ngoµi kÓ c¶ c¸ch ®iÖn: dn = (1,43 – 1,46)mm.
TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén d©y s¬ cÊp
TiÕt diÖn d©y dÉn thø cÊp m¸y biÕn ¸p
Chän d©y dÉn tiÕt diÖn trßn
ChuÈn hãa tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn:
+ TiÕt diÖn d©y thø cÊp: S2 = 2,573mm2
+ §êng kÝnh d©y: d2 = 1,81mm
+ §êng kÝnh ngoµi kÓ c¶ c¸ch ®iÖn: dn = (1,9 – 1,93)mm
TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén d©y thø cÊp
KÕt cÊu d©y quÊn
D©y quÊn kiÓu ®ång t©m ®îc bè trÝ theo chiÒu däc víi mçi cuén d©y ®îc quÊn thµnh nhiÒu líp d©y. Mçi líp d©y ®îc quÊn liªn tôc c¸c vßng d©y s¸t nhau, c¸c líp d©y c¸ch ®iÖn víi nhau b»ng b×a c¸ch ®iÖn.
KÕt cÊu d©y quÊn s¬ cÊp
TÝnh s¬ bé vßng d©y trªn mét líp cña cuén s¬ cÊp
(vßng). LÊy Wl1 = 87 vßng.
Víi: + h: chiÒu cao cöa sæ h= 13cm
+ dn = (1,43 - 1,46)mm: ®êng kÝnh d©y quÊn kÓ c¶ c¸ch ®iÖn. Chän dn = 1,45mm = 0,145cm
+ hg: kho¶ng c¸ch ®iÖn víi g«ng.
Thêng hg = 2dn = 2 x 0,145 = 0,29cm
S¬ bé sè líp d©y ë cuén s¬ cÊp
líp. LÊy nl1 = 5 líp.
VËy cã 437 vßng chia thµnh 5 líp, 4 líp ®Çu mçi líp cã 88 vßng cßn mét líp sau cïng th× b»ng 437 – 87 x 4 = 89 vßng.
BÒ dµy cuén s¬ cÊp
Bd1 = (d1 + cd11).nl1 = (1,35 + 0,1).5 = 7,25mm = 0,725cm.
Chän cd11 = 0,1mm: bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén s¬ cÊp.
ChiÒu dµi trung b×nh cña cuén d©y s¬ cÊp.
V× m¸y biÕn ¸p cã trô ch÷ nhËt nªn : l1= 2W1(atb1 + btb1).
ChiÒu dµi trung b×nh mçi c¹nh cña vßng d©y s¬ cÊp
Chän: cdo1 = 0,5cm: bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ trô.
® l1 = 2.437.(6,725 + 7,525) = 12454cm = 124,54m.
KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp
TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp cña cuén thø cÊp
vßng.
dn = ( 1,9 – 1,93)mm: ®êng kÝnh d©y quÊn kÓ c¶ c¸ch ®iÖn.
Chän dn = 1,93mm = 0,193cm.
hg: kho¶ng c¸ch ®iÖn víi g«ng
thêng hg = 2dn = 2.0,193 =0,386cm
S¬ bé sè líp d©y ë cuén thø cÊp
líp. LÊy nl2 = 4 líp.
VËy cã 237 vßng chia thµnh 4 líp: 3 líp ®Çu cã 60 vßng, líp sau cïng th× cã 237 – 3.60 = 57 vßng.
BÒ dµy cuén thø cÊp
Bd2 = (d2 + cd22).nl2 = ( 1,81 + 0,1).4 =7,64mm = 0,764cm.
cd22 = 0,1mm: bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén thø cÊp
ChiÒu dµi trung b×nh cña cuén d©y thø cÊp
l2 = 2 .W2(atb2 + btb2 )
ChiÒu dµi trung b×nh mçi c¹nh cña vßng d©y:
Þ l2 = 2. 237.(9,2 + 10) = 9100cm = 91m.
ChiÒu réng cöa sæ
c = 2(ao1 + Bd1+ a12 +Bd2) + a22
= 2(0,5 + 0,725 + 1 + 0,764) + 1
®c = 7cm.
a22= 1cm_ kho¶ng c¸ch gi÷a 2 cuén thø cÊp.
KiÓm tra kÝch thíc cöa sæ
KÝch thíc cña cöa sæ chØ hîp lý khi bÒ dµy c¸c cuén d©y ph¶i nhá h¬n chiÒu réng cöa sæ. Tøc lµ ph¶i tháa m·n ®iÒu kiÖn sau:
Dc = c – 2Bd = ( 0,5 – 2)cm.
Kho¶ng c¸ch nµy cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o c¸ch ®iÖn vµ lµm m¸t.
Ta cã: + BÒ dµy c¸c cuén d©y:
Bd = Bd1 + Bd2 + cdt + cdn
= 0,725 + 0,764 + 0,5 + 0,5
® Bd = 2,5cm.
Þ Dc = 7 – 2.2,5 = 2cm. Tháa m·n yªu cÇu.
Kho¶ng c¸ch gi÷a 2 t©m trôc
c’ = c + a = 7 + 5 = 12cm.
ChiÒu réng m¹ch tõ
C = 2c + 3a = 2.7 + 3.5 = 29cm.
ChiÒu cao m¹ch tõ
H = h + 2a = 13 + 2.5 = 23cm.
Khèi lîng s¾t vµ ®ång
ThÓ tÝch s¾t
VFe = QFe(3h + 2C)
= 29.10-2(3 x 13.10-1 + 2 x 29.10-1)
®VFe = 2,81dm3.
Khèi lîng khèi s¾t
MFe = VFe.mFe = 2,81 x 7,8 = 21,9kg.
ThÓ tÝch khèi ®ång
VCu = 3(S1l1+ S2l2)
= 3(1,4314.10-4 x 124,54.101 + 2,573.10-4 x 91.101)
®VCu = 1,23dm3.
Khèi lîng khèi ®ång
MCu = VCu.mCu = 1,23 x 8,9 = 10,9kg.
TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p
§iÖn trë cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ë 75o C
LÊy r = 0,0172W.mm2/m : ®iÖn trë suÊt cña ®ång.
§iÖn trë cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p ë 75 oC
§iÖn trë m¸y biÕn ¸p quy ®æi vÒ thø cÊp
Sôt ¸p trªn ®iÖn trë m¸y biÕn ¸p
DUr = Rba.Id = 1,03 . 12 = 12,36V
§iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p quy ®æi vÒ thø cÊp
B¸n kÝnh trong cuén d©y thø cÊp:
§iÖn c¶m m¸y biÕn ¸p quy ®æi vÒ thø cÊp
Sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p
Sôt ¸p trªn m¸y biÕn ¸p
§iÖn ¸p trªn ®éng c¬ khi cã gãc më amin =10o
U = Udocosamin - DUv - DUba
= 240.96 cos10o – 1,9 – 15,05 = 220V.
Tæng trë ng¾n m¹ch quy ®æi vÒ thø cÊp
Tæn hao ng¾n m¹ch trong m¸y biÕn ¸p
DPn = 3.Rba.I22
= 3. 1,03.6,92 = 147W
§iÖn ¸p ng¾n m¹ch t¸c dông
§iÖn ¸p ng¾n m¹ch ph¶n kh¸ng
§iÖn ¸p ng¾n m¹ch phÇn tr¨m
Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp
Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch tøc thêi cùc ®¹i
Khi ng¾n m¹ch ®ét ngét, dßng ®iÖn ng¾n m¹ch gåm 2 thµnh phÇn: 1 thµnh phÇn chu k× vµ 1 thµnh phÇn tù do kh«ng chu k×. ChÝnh thµnh phÇn tù do kh«ng chu k× lµm trÞ sè dßng ®iÖn ng¾n m¹ch tøc thêi t¨ng lªn rÊt lín. TrÞ sè dßng ®iÖn cùc ®¹i lóc ®ã lµ:
KiÓm tra m¸y biÕn ¸p thiÕt kÕ cã ®ñ ®iÖn kh¸ng ®Ó h¹n chÕ tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn chuyÓn m¹ch
VËy m¸y biÕn ¸p thiÕt kÕ sö dông tèt.
HiÖu suÊt thiÕt bÞ chØnh lu
ThiÕt kÕ cuén kh¸ng läc
§Ó gi¶m nhá thµnh phÇn xoay chiÒu cña ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn chØnh lu ta nãi víi ®Çu ra cña bé biÕn ®æi mét bé läc. Bé läc nh»m chñ yÕu h¹n chÕ thµnh phÇn sãng hµi bËc 1. Bé läc ®iÖn c¶m lµ cuén kh¸ng ( lâi thÐp) nèi nèi tiÕp víi phô t¶i nªn khi dßng ®iÖn ra t¶i biÕn thiªn ®Ëp m¹ch, trong cuén kh¸ng sÏ xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng tù c¶m chèng l¹i. Do ®ã lµm gi¶m sãng hµi nhÊt lµ c¸c sãng hµi bËc cao.
X¸c ®Þnh gãc më cùc tiÓu vµ cùc ®¹i
Gãc më cùc tiÓu: amin = 10o lµ gãc dù tr÷ khi cã suy gi¶m ®iÖn ¸p líi.
Tõ c«ng thøc ®iÖn ¸p t¶i Ud = Udo.cosa ta thÊy:
Khi gãc më nhá nhÊt a = amin th× ®iÖn ¸p trªn t¶i lµ lín nhÊt:
Udmax = Udo.cosamin = Ud ®m vµ t¬ng øng tèc ®é ®éng c¬ sÏ lín nhÊt
= wmax = w®m.
Khi gãc më lín nhÊt a = amax th× ®iÖn ¸p trªn t¶i lµ nhá nhÊt:
Udmin = Udo.cosamax vµ t¬ng øng tèc ®é ®éng c¬ sÏ lµ nhá nhÊt:
w = wmin
® Gãc më cùc ®¹i:
Ta xÐt d¶i ®iÒu chØnh D:
Trong ®ã:
R = 1,205W
® Rå = R + Rba + Rdt = 1,205 + 1,03 + 0,71
® Rå = 2,9W
Ud ®m = Udo.cos amin= 1,17U2cos 10o = 1,17.206.cos10o
® Ud ®m =237V
Þ §iÖn ¸p ®Æt trªn phÇn øng ®éng c¬ ë tèc ®é wmin
Þ Gãc më cùc ®¹i:
X¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn sãng hµi
Ta cã thÓ coi tÊt c¶ c¸c d¹ng sãng chu k× lµ xÕp chång cña thµnh phÇn mét chiÒu, thµnh phÇn h×nh sin c¬ b¶n vµ c¸c sãng ®iÒu hßa bËc cao:
y = f(x) = A + a1cosx + a2.cos2x + …+ an cosnx + b1sinx + b2sin2x + …+ bn sinnx
Khai triÓn trªn gäi lµ chuçi Fuorier.
Theo ph¬ng ph¸p nµy, hµm ud(wt) ®îc khai triÓn thµnh:
ud(wt) = Ud +
Trong ®ã:
kwt.dwt
k = 1, 2, 3… bËc cña sãng hµi.
Biªn ®é cña sãng hµi bËc k cña ®iÖn ¸p chØnh lu:
MÆt kh¸c:
Ud = U2fmsin(wt + ao ) = U2fm.cos( wt + a -).
Qua c¸c bíc biÕn ®æi ta cã:
ViÕt theo gi¸ trÞ t¬ng ®èi:
Tõ biÓu thøc trªn ta thÊy:
Biªn ®é cña sãng hµi bËc k phô thuéc vµo tÝch sè k.m vµ gãc më van a.
Gãc më van cµng t¨ng th× thµnh phÇn mét chiÒu Ud cµng gi¶m cßn biªn ®é c¸c sãng hµi cµng t¨ng.
Víi k = 1, sãng hµi cã biªn ®é lín nhÊt. Sãng ®ã cã tÇn sè f’= mf = 3f (®èi víi chØnh lu tia ba pha m = 3) gäi lµ sãng c¬ b¶n. C¸c sãng bËc 2 trë nªn cã biªn ®é nhá ®¸ng kÓ nªn kh«ng cÇn quan t©m.
X¸c ®Þnh ®iÖn c¶m cuén kh¸ng
Sù ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh lu ®èi víi t¶i lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu lµm xÊu qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch cæ gãp cña ®éng c¬, lµm t¨ng ph¸t nãng cña t¶i do c¸c thµnh phÇn sãng h¹i. §Ó h¹n chÕ sù ®Ëp m¹ch nµy, ta ph¶i m¾c nèi tiÕp víi ®éng c¬ mét cuén kh¸ng läc ®ñ lín ®Ó Im £ 0,1I ®m.
® §iÖn c¶m cña cuén kh¸ng cÇn m¾c thªm ®Ó läc thµnh phÇn dßng ®iÖn ®Ëp m¹ch:
LckL = LL – Ld – Lba
Theo nh ph©n tÝch ë trªn ta cã:
Biªn ®é thµnh phÇn sãng hµi cña ®iÖn ¸p chØnh lu:
Biªn ®é sãng hµi bËc 1 ë gãc më amax = 78o4
TrÞ sè ®iÖn c¶m cÇn thiÕt ®Ó läc thµnh phÇn sãng hµi:
Víi: I1*% = 10%: trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn sãng hµi c¬ b¶n.
§iÖn c¶m phÇn øng ®éng c¬:
Trong ®ã:
g = 0,25: hÖ sè lÊy cho ®éng c¬ cã cuén bï
Sè ®«i cùc ta tra b¶ng ®îc p = 1
Þ §iÖn c¶m cuén kh¸ng läc cÇn m¾c thªm:
LckL = LL – Ld – Lba
= 0,11 – 0,03 – 0,0023
®LckL = 0,077.H
TÝnh to¸n cuén kh¸ng läc
C¸c th«ng sè cÇn thiÕt cho thiÕt kÕ:
§iÖn c¶m yªu cÇu cuén kh¸ng läc: LckL = 0,077H
Dßng ®iÖn ®Þnh møc ch¹y qua cuén kh¸ng: IckL = 12A
Biªn ®é dßng ®iÖn xoay chiÒu bËc 1: I1m = 10%.I®m = 1,2A
Tæng trë cuén kh¸ng
Thêng d©y quÊn cuén kh¸ng cã tiÕt diÖn kh¸ lín nªn ®iÖn c¶m cuén kh¸ng qu¸ lín vµ ®iÖn trë rÊt bÐ nªn ta cã thÓ coi tæng trë cña cuén kh¸ng b»ng ®iÖn kh¸ng cña cuén kh¸ng.
ZckL = XckL = 2p.m.f.LckL = 2.p.3.50.0,077
®ZckL = 72,5W
§iÖn ¸p xoay chiÒu r¬i trªn cuén kh¸ng läc
C«ng suÊt cña cuén kh¸ng läc
TiÕt diÖn cùc tõ chÝnh cña cuén kh¸ng läc
kQ =( 5 – 6): hÖ sè phô thuéc ph¬ng thøc lµm m¸t. Lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ tù nhiªn chän kQ = 6.
V× Q = 354mm2 nªn ta chän:
Chän lo¹i thÐp $330A, tÊm thÐp dµy 0,35mm
Sè vßng d©y cña cuén kh¸ng läc
Gi¶ thiÕt bá qua sôt ¸p trªn ®iÖn trë, søc ®iÖn ®éng EckL » DUckL
Ta cã EckL = 4,44m.f.W.B.Q
Víi: B = 1,35T _ mËt ®é tõ c¶m trong trô
Þ Sè vßng d©y cña cuén kh¸ng läc:
vßng.
Dßng ®iÖn hiÖu dông ch¹y qua cuén kh¸ng
TiÕt diÖn d©y quÊn cuén kh¸ng
Chän mËt ®é dßng ®iÖn qua cuén kh¸ng J = 2,58A/mm2
ChuÈn hãa tiÕt diÖn d©y quÊn cuén kh¸ng:
Chän d©y dÉn tiÕt diÖn trßn
TiÕt diÖn d©y quÊn cuén kh¸ng: Sck = 4,676mm2
§êng kÝnh cuén kh¸ng: dckL = 2,44mm
§êng kÝnh ngoµi kÓ c¶ c¸ch ®iÖn: dn = (2,54 – 2,57)mm
Thö l¹i mËt ®é dßng ®iÖn
DiÖn tÝch cöa sæ
HÖ sè lÊp ®Çy kl® = 0,5
Chän:
ChiÒu cao m¹ch tõ
H = h + a = 56 + 16 = 72mm.
ChiÒu dµi m¹ch tõ
L = 2c + 2a = 2.32 + 2.16 = 96mm.
Sè vßng d©y trªn 1 líp
vßng. LÊy Wl = 17vßng
Víi: §êng kÝnh ngoµi kÓ c¶ c¸ch ®iÖn dn = 2,54mm
Kho¶ng c¸ch ®iÖn víi g«ng: hg =2dn = 2.2,54 = 5,08mm
Sè líp d©y quÊn
líp. Chän nl = 11 líp
VËy víi 193 vßng chia thµnh 11 líp, 10 líp ®Çu mçi líp cã 17 vßng, cßn 1 líp sau cã 193 – 17.10 = 23 vßng.
BÒ dµy cuén d©y
Bd = (dk + cdl ).nl
Chän kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c líp: cdl = 0,1mm
® Bd = (2,44 + 0,1).11 = 27,94mm
Tæng bÒ dµy cuén d©y
Chän kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn gi÷a d©y quÊn víi trô: ao1 = 3mm.
Bdå = Bd + ao1
® Bdå = 27,94 + 3 = 30,94mm
ChiÒu dµi cña vßng d©y trong cïng
l1 = 2(a+b) + 2p.ao1
® l1 = 2(16 + 22) + 2p.3=94,8mm
ChiÒu dµi cña vßng d©y ngoµi cïng
l2 = 2(a + b) + 2p.(ao1 + Bd)
® l2 = 2(16 + 22) + 2p(3 + 30,94) = 289mm.
ChiÒu dµi trung b×nh cña mét vßng d©y
§iÖn trë cña d©y quÊn ë 75o
Khèi lîng s¾t
ThÓ tÝch s¾t:
VFe = ab(2h + L) = 16.22.10-4(2.48 + 86).10-2
® VFe = 0,06dm3
Þ Khèi lîng s¾t:
MFe = VFe .mFe =0,06. 7,8 = 0,46kg.
Khèi lîng ®ång
MCu = VCu .mCu
® MCu = SckL.ltb.W.mCu
Þ MCu = 4,676.10-4 . 191,9.10-2.193.8,9 = 1,54kg
TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ
V× van b¸n dÉn cã kÝch thíc nhá, nhiÖt dung bÐ vµ mËt ®é dßng ®iÖn qua mÆt tiÕp gi¸p p – n lín nªn nã rÊt nh¹y c¶m víi qu¸ t¶i vÒ dßng. MÆt kh¸c, van b¸n dÉn còng rÊt nh¹y c¶m ®èi víi qu¸ ®iÖn ¸p: chØ cÇn tån t¹i ®iÖn ¸p ngîc lín h¬n gi¸ trÞ cho phÐp trong kho¶ng ( 1 – 2)ms, mÆt tiÕp gi¸p p ¸ n ®· cã thÓ bÞ chäc thñng vÒ ®iÖn. Cho nªn van b¸n dÉn cÇn ph¶i cã c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ.
B¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn
Dïng Aptomat t¸c ®éng nhanh ®Ó ®ãng c¾t m¹ch ®éng lùc, tù ®éng b¶o vÖ khi qu¸ t¶i vµ ng¾n m¹ch Tiristo, ng¾n m¹ch ®Çu ra bé biÕn ®æi….
Chän Ap cã I®m = (1,1 – 1,3)I1d sao cho dßng ®iÖn b¶o vÖ cña Ap kh«ng vît qu¸ dßng ng¾n m¹ch cña thø cÊp.
Chän I®m = 1,1I1d = 1,1..3,74 = 7,12A
U®m~ = 220V
ChØnh ®Þnh dßng ng¾n m¹ch:
Inm = 2,5I1d = 2,5..3,74 = 16,2A
ChØnh ®Þnh dßng qu¸ t¶i:
Iqt = 1,5.I1d =1,5..3,74 = 9,7A
1CC
1CC
1CC
T1
R
T3
C
R
R
R
C
C
C
¦
KL
KT
2CC
C
R
C
R
T2
C
B
Ap
A
S¬ ®å ®éng lùc khi cã thiÕt bÞ b¶o vÖ
Dïng cÇu ch× t¸c ®éng nhanh dïng ®Ó b¶o vÖ dßng ng¾n m¹ch
Nhãm 1CC: b¶o vÖ ng¾n m¹ch bªn ngoµi, ®îc chän theo gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p.
I1CC = 1,1.I2 = 1,1.6,9 = 7,6A. Chän I1CC = 8A.
Nhãm 2CC: b¶o vÖ g¾n m¹ch phô t¶i
I2CC = 1,1.Id = 1,1.12 = 13,2A. Chän I2CC = 14A.
CÇu dao dïng ®Ó t¹o khe hë an toµn khi söa ch÷a hÖ truyÒn ®éng
Iqt = 1,1.I1d = 1,1..3,74 = 7,12A
B¶o vÖ qu¸ nhiÖt ®é cho c¸c van b¸n dÉn
§Ó van b¸n dÉn lµm viÖc an toµn, kh«ng bÞ chäc thñng vÒ nhiÖt ta ph¶i chän vµ thiÕt kÕ hÖ thèng táa nhiÖt hîp lý. HiÖn nay phæ biÕn ngêi ta thêng dïng lµm m¸t b»ng c¸nh táa nhiÖt.
Tæn thÊt c«ng suÊt trªn 1 Tiristo
DP = DU.Ilv = 1,9.6,9 = 13,1W
DiÖn tÝch bÒ mÆt táa nhiÖt
Trong ®ã:
t = Tlv – TMT : ®é chªnh lÖch so víi m«i trêng
Chän: nhiÖt ®é m«i trêng TMT = 40o
NhiÖt ®é lµm viÖc Tlv = 80o
® t = 80 – 40 = 400
Ktn : hÖ sè xÐt tíi ®iÒu kiÖn táa nhiÖt. Víi ®iÒu kiÖn lµm m¸t tù
nhiªn kh«ng qua cìng bøc thêng chän: Ktn =(6 -10)W/m2.oC
Chän Ktn = 9W/m2.oC
Chän lo¹i c¸nh táa nhiÖt cã 5 c¸nh, kÝch thíc mçi c¸nh
a.b = 6.6(cm.cm). Tæng diÖn tÝch táa nhiÖt cña c¸nh:
S = 5.2.6.6 = 360mm2
B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p
R1
C1
Qu¸ ®iÖn ¸p chuyÓn m¹ch xuÊt hiÖn khi van b¸n dÉn chuyÓn tõ tr¹ng th¸i th«ng sang tr¹ng th¸i ng¾t.
§Ó b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p chuyÓn m¹ch, ngêi ta nèi song song víi mçi van mét m¹ch R1 – C1.
Khi cã m¹ch R1- C1 m¾c song song víi Tiristo t¹o ra m¹ch vßng phãng ®iÖn tÝch trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch nªn T kh«ng bÞ qu¸ ®iÖn ¸p. TrÞ sè ®iÖn trë vµ ®iÖn dung cña m¹ch tïy theo tõng lo¹i van.
+ Theo kinh nghiÖm chän R1 = (5 – 30)W
C1 =(0,25 – 4)mF
+ Ta chän: R1 = 5,2W ; C1 = 0,25mF
Qu¸ ®iÖn ¸p do ®ãng c¾t cuén s¬ cÊp cña m¸y biÕn ¸p khi kh«ng t¶i ®îc b¶o vÖ nhê m¹ch
R2 – C2 nèi ë thø cÊp.
Nhê cã m¹ch lùc nµy mµ ®Ønh xung gÇn nh n»m l¹i hoµn toµn trªn ®iÖn trë ®êng d©y.
TrÞ sè R, C phô thuéc nhiÒu vµo t¶i.
Tham kh¶o tµi liÖu ta chän R2 =13W, C = 4mF.
Ch¬ng iv
TÝnh to¸n ®Æc tÝnh ®iÒu khiÓn cña ®éng c¬
§Æc tÝnh c¬ tù nhiªn
V× ®êng ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kÝch tõ ®éc lËp lµ mét ®êng th¼ng c¾t trôc tung t¹i tèc ®é kh«ng t¶i vµ dèc nghiªng mét kho¶ng Dw nªn khi vÏ ta chØ cÇn x¸c ®Þnh hai ®iÓm cña ®êng th¼ng. Ta thêng chän: ®iÓm kh«ng t¶i lý tëng vµ ®iÓm ®Þnh møc.
Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬:
Víi: + Tèc ®é kh«ng t¶i lý tëng cña ®éng c¬:
+ §é sôt tèc ®é:
C¸ch vÏ ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn
XÐt ®iÓm kh«ng t¶i A(M = 0; w = wo)
§iÖn trë phÇn øng R = 1,205W
Tèc ®é gãc ®Þnh møc
HÖ sè k.F®m
Tõ ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ta cã ®îc hÖ sè k.F®m:
Tèc ®é kh«ng t¶i lý tëng
Þ A(M = 0; wo = 160rad/s)
XÐt ®iÓm ®Þnh møc B(M = M®m; w = w®m)
M«men ®Þnh møc M®m
Tèc ®é gãc ®Þnh møc w®m = 150rad/s
® B (M®m = 15N.m; w®m = 150rad/s)
M(N.m)
w (rad/s)
160
150
15
§TTN
0
A
B
NhËn xÐt ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn
§é cøng ®Æc tÝnh c¬
§é cøng ®Æc tÝnh c¬ b dïng ®Ó ®¸nh gi¸ vµ so s¸nh c¸c ®Æc tÝnh c¬.
NÕu b lín ta cã ®Æc tÝnh c¬ cøng, b nhá ta cã ®Æc tÝnh c¬ mÒm,
b ® ¥ ta cã ®Æc tÝnh c¬ tuyÖt ®èi.
® §é cøng ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn:
D¶i ®iÒu chØnh tèc ®é
§Ó x¸c ®Þnh d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é ta thÊy r»ng tèc ®é lín nhÊt cña hÖ bÞ chÆn bëi ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn ( ®iÒu chØnh díi tèc ®é kh«ng t¶i) cßn tèc ®é nhá nhÊt bÞ giíi h¹n bëi yªu cÇu vÒ sai sè tèc ®é vµ vÒ m«men khëi ®éng. Ta cã:
Tèc ®é cùc ®¹i trong d¶i ®iÒu chØnh khi m«men t¶i ®Þnh møc:
Tèc ®é nhá nhÊt trong d¶i ®iÒu chØnh víi t¶i ®Þnh møc:
Theo ®Þnh nghÜa vÒ sai sè tèc ®é ta viÕt ®îc biÓu thøc scp øng víi ®êng ®Æc tÝnh c¬ thÊp nhÊt:
Víi: vµ
Þ Tèc ®é nhá nhÊt trong d¶i ®iÒu chØnh:
Do t¶i cã ®Æc tÝnh m«men kh«ng ®æi nªn gi¸ trÞ ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é còng kh«ng vît qu¸ 10: scp £ 10%. Chän scp = 10%.
Þ D¶i ®iÒu chØnh D:
§Æc tÝnh ®iÒu khiÓn cña ®éng c¬
Víi dßng ®iÖn liªn tôc
Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬:
( do van b¸n dÉn cã DUv = 1,9V nªn ta cã thÓ bá qua)
Tõ ph¬ng tr×nh ta thÊy muèn ®iÒu chØnh tèc ®é trong hÖ thèng nµy ta ®iÒu chØnh b»ng c¸ch thay ®æi gãc a cña van tõ (0 – 180o) ta sÏ ®îc c¸c ®êng ®Æc tÝnh c¬ lµ mét hä c¸c ®êng th¼ng song song víi nhau bè trÝ trªn nöa mÆt ph¼ng bªn ph¶i cña hÖ trôc täa ®é {M,w}. Nh÷ng ®Æc tÝnh ®ã kh«ng tån t¹i ë nöa mÆt ph¼ng bªn tr¸i lµ do van kh«ng cho dßng phÇn øng ®æi chiÒu.
C¸c ®êng th¼ng c¾t trôc tung t¹i nh÷ng ®iÓm t¬ng øng víi tèc ®é kh«ng t¶i lý tëng:
Trong ®ã:
p: sè xung ¸p ®Ëp m¹ch trong thêi gian mét chu k× ®iÖn ¸p nguån.
p = m = 3 ( s¬ ®å chØnh lu tia)
U2 = 204V: trÞ sè hiÖu dông cña ®iÖn ¸p pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p.
U2m: trÞ sè biªn ®é cña ®iÖn ¸p pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p.
U2m = .U2f = .206 = 291,3V
Udo: ®iÖn ¸p t¶i lín nhÊt øng víi a = 0
Udo = U2m.
Þ Tèc ®é kh«ng t¶i lý tëng:
Tõ ®ã ta cã b¶ng sau:
a(o )
0o
30o
60o
90o
120o
150o
180o
wo=176cosa
(rad/s)
176
152
88
0
-88
-152
-176
Víi dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n
Khi dßng ®iÖn phô t¶i gi¶m ®Õn trÞ sè ®ñ nhá ( Id ® 0) th× sÏ xuÊt hiÖn dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n.
§Ó dùng ®Æc tÝnh c¬ ë tr¹ng th¸i dßng gi¸n ®o¹n:
Chän gãc ®iÒu khiÓn a cè ®Þnh
Cho gãc dÉn l = ( 0 - 2p/p)
TÝnh w dùa vµo c«ng thøc:
TÝnh dßng ®iÖn phÇn øng vµ suy ra M = k.f®m.I:
V× c¸c ®Æc tÝnh c¬ ë tr¹ng th¸i dßng gi¸n ®o¹n lµ nh÷ng ®êng cong s¸t dèc n»m trong vïng elip nªn viÖc tÝnh to¸n ®Ó dùng c¸c ®Æc tÝnh nµy rÊt phøc t¹p vµ nhiÒu khi kh«ng cÇn thiÕt.
Thùc tÕ tÝnh to¸n ngêi ta thêng x¸c ®Þnh ®iÓm giíi h¹n (Mblt; wblt) mµ kh«ng cÇn dùng ®Æc tÝnh trong vïng gi¸n ®o¹n.
Tr¹ng th¸i “biªn liªn tôc”
Khi chuyÓn tõ tr¹ng th¸i dßng liªn tôc sang tr¹ng th¸i dßng gi¸n ®o¹n hÖ sÏ ph¶i qua mét tr¹ng th¸i giíi h¹n ®ã lµ tr¹ng th¸i “biªn liªn tôc”.
Täa ®é tËp hîp c¸c ®iÓm “ biªn liªn tôc” (Mblt; wblt) ®îc x¸c ®Þnh nh sau:
. Trong ®ã:
we = 2pf = 2p.50 = 100p (rad/s)
L: ®iÖn c¶m tæng cña m¹ch. L = Lba + L + LckL = 0,11H.
M«men “biªn liªn tôc”:
Mblt = k.f®m.Iblt = 1,37.2,75sina
® Mblt = 3,7sina
V× “biªn liªn tôc” lµ trêng hîp riªng cña tr¹ng th¸i liªn tôc nªn wblt tháa m·n ph¬ng tr×nh:
§iÖn trë tæng cña m¹ch: Rå = Rba + R + RckL
® Rå = 1,03 + 1,205 + 0,13 = 2,9 W
Tõ ®ã ta cã b¶ng:
a(o)
0o
30o
60o
90o
120o
150o
180o
Mblt = 4,1sina
( N.m)
0
1,85
3,2
3,7
3,2
1,85
0
wblt = 176cosa -5sina (rad/s)
176
150
84
- 4,6
- 92
- 155
- 176
NhËn xÐt
§é cøng ®Æc tÝnh c¬:
Ta thÊy b < bTN nªn ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ mÒm h¬n ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn.
§Æc tÝnh c¬ ( h×nh vÏ).
w(rad/s)
a = 0o
a = 30o
a = 60o
a = 90o
a = 120o
a = 150o
a = 180o
176
150
88
0
- 88
- 152
152
- 176
176
15
M (N.m)
Ch¬ng V
ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn
Nguyªn t¾c x©y dùng m¹ch ®iÒu khiÓn
Nguyªn lý thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn
M¹ch ®iÒu khiÓn lµ kh©u rÊt quan träng trong bé biÕn ®æi Tiristo, v× nã ®ãng vai trß chñ yÕu trong viÖc quyÕt ®Þnh chÊt lîng vµ ®é tin cËy cña bé biÕn ®æi. NhiÖm vô cña m¹ch ®iÒu khiÓn lµ t¹o c¸c xung vµo ë nh÷ng thêi ®iÓm mong muèn ®Ó më th«ng c¸c Tiristo cña bé chØnh lu. Tiristo chØ më cho dßng ®iÖn ®i qua khi cã ®iÖn ¸p d¬ng ®Æt trªn anod vµ xung ¸p d¬ng ®Æt vµo cùc ®iÒu khiÓn. Sau khi Tiristo më th× xung ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông, dßng ®iÖn ch¹y qua Tiristo do th«ng sè cña m¹ch quyÕt ®Þnh.
C¸c m¹ch ®iÒu khiÓn Tiristo ®Òu dùa theo nguyªn lý thay ®æi gãc pha ®Ó thùc hiÖn viÖc ®iÒu chØnh vÞ trÝ xung trong nöa chu k× d¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn Tiristo vµ theo ®ã ta cã nguyªn lý th¼ng ®øng arccos vµ nguyªn lý th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh.
Nguyªn lý th¼ng ®øng arccos: lµ ph¬ng ph¸p t¹o gãc a theo nguyªn t¾c sau: t¹o mét ®iÖn ¸p tùa lµ ®iÖn ¸p cosin vît tríc ®iÖn ¸p anod cña Tiristo mét gãc a.
Nhîc ®iÓm cña ph¬ng ph¸p nµy lµ gãc a phô thuéc vµo d¹ng ¸p vµ tÇn sè líi, do ®ã ®é chÝnh x¸c cña gãc ®iÒu khiÓn thÊp nªn Ýt ®îc dïng.
Nguyªn lý th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh
Theo nguyªn t¾c nµy, ®iÖn ¸p tùa cã d¹ng r¨ng ca ( Urc) ®ång bé víi ®iÖn ¸p ®Æt trªn anod – catod Tiristo. Dïng ®iÖn ¸p mét chiÒu (U®k) so s¸nh víi ®iÖn ¸p tùa. T¹i thêi ®iÓm ®iÖn ¸p tùa b»ng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, trong vïng ®iÖn ¸p d¬ng anod th× ph¸t xung ®iÒu khiÓn. Tiristo ®îc më tõ thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn ®Õn khi dßng ®iÖn b»ng 0.
Ph¬ng ph¸p nµy hiÖn nay ®îc dïng phæ biÕn v× ®é chÝnh x¸c cao vµ kho¶ng ®iÒu khiÓn réng.
Tõ nh÷ng nhËn ®Þnh ®· nªu ë trªn, ta chän ®iÒu khiÓn Tiristo trong s¬ ®å chØnh lu lµ ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c tuyÕn tÝnh th¼ng ®øng.
U®f
Urc
U®k
Ud
X®k
a1
a2
a3
a4
t
0
S¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn
§Ó ®¸p øng ®îc yªu cÇu ë trªn th× m¹ch ®iÒu khiÓn cÇn cã c¸c khèi c¬ b¶n sau:
§iÖn ¸p anod
Kh©u ®ång pha
Kh©u so s¸nh
Kh©u khuÕch ®¹i vµ t¹o xung
U®k
Kh©u ®ång pha
NhiÖm vô cña kh©u ®ång pha lµ t¹o ®iÖn ¸p tùa Urc cã d¹ng r¨ng ca tuyÕn tÝnh ®ång pha víi ®iÖn ¸p anod cña Tiristo.
§Ó t¹o ®iÖn ¸p tùa ta cã thÓ sö dông s¬ ®å dïng Tranzitor vµ tô hoÆc dïng s¬ ®å bé ghÐp quang. Víi c¸c s¬ ®å nµy th× khi cÇn ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p tõ 0 ®Õn cùc ®¹i lµ hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®îc nhng viÖc më, khãa c¸c Tranzitor trong vïng ®iÖn ¸p l©n cËn 0 lµ thiÕu chÝnh x¸c lµm cho viÖc n¹p, x¶ tô trong vïng ®iÖn ¸p líi gÇn 0 kh«ng ®îc nh ý muèn.
Ta thÊy khi øng dông c¸c vi m¹ch vµo thiÕt kÕ m¹ch ®ång pha cho ta chÊt lîng ®iÖn ¸p tèt vµ kh¾c phôc ®îc c¸c nhîc ®iÓm cña c¸c s¬ ®å trªn. Nªn ta dïng K§TT ®Ó t¹o ®iÖn ¸p tùa trong kh©u ®ång pha
A1
A2
R1
A
R2
Ur
R3
C1
C
D1
B
Tr1
U1
Kh©u so s¸nh
NhiÖm vô cña kh©u so s¸nh lµ nhËn tÝn hiÖu ®iÖn ¸p tùa vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn _ so s¸nh gi÷a hai ®iÖn ¸p nµy, t×m thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p b»ng nhau th× t¹i thêi ®iÓm ®ã ph¸t xung ë ®Çu ra ®Ó göi sang tÇng khuÕch ®¹i.
§Ó x¸c ®Þnh ®îc thêi ®iÓm cÇn më Tiristo ta ph¶i so s¸nh hai tÝn hiÖu Urc vµ U®k . C«ng viÖc ®ã cã thÓ thùc hiÖn b»ng tranzitor nhng s¬ ®å nµy l¹i ccã nhiÒu lóc thêi ®iÓm më Tiristo bÞ lÖch kh¸ xa so víi thêi ®iÓm cÇn më t¹i U®k = Urc.
§Ó kh¾c phôc ®îc nhîc ®iÓm cña s¬ ®å trªn vµ ®¸p øng ®îc yªu cÇu cña kh©u so s¸nh ta dïng K§TT. V× c¸c m¹ch so s¸nh dïng K§TT sÏ t¨ng ®é nh¹y, v× c¸c phÇn tö ®Çu vµo cña K§TT ®Òu lµ tæ hîp cña nhiÒu Tranzitor silic nªn sÏ cã ngìng khëi ®éng bÐ, sù tr«i ®iÓm kh«ng bÐ. H¬n n÷a K§TT cã hÖ sè khuÕch ®¹i v« cïng lín nªn chØ cÇn mét tÝn hiÖu nhá cì mV ë ®Çu vµo th× ®Çu ra ®· cã ®iÖn ¸p nguån nu«i. V× vËy viÖc øng dông K§TT lµm kh©u so s¸nh lµ hîp lý.
¦u ®iÓm cña c¸c s¬ ®å nµy lµ cã thÓ ph¸t xung ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c t¹i
A3
Ura
R2
Udk
R1
Urc
U®k = Urc
Kh©u khuÕch ®¹i vµ t¹o xung
Kh©u khuÕch ®¹i vµ t¹o xung cã nhiÖm vô t¹o xung phï hîp më th«ng Tiristo ®ång thêi trong nh÷ng trêng hîp cÇn thiÕt ( ®iÖn ¸p ®éng lùc qu¸ lín ) cßn ®ãng vai trß c¸ch li gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn víi m¹ch ®éng lùc.
TÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng ®îc thiÕt kÕ b»ng Tranzitor c«ng suÊt cã u ®iÓm lµ ®¬n gi¶n nhng hÖ sè khuÕch ®¹i cña Tranzitor nhiÒu khi kh«ng ®ñ lín ®Ó khuÕch ®¹i ®îc tÝn hiÖu tõ kh©u so s¸nh ®a sang nªn kh«ng ®îc sö dông réng r·i.
TÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng b»ng s¬ ®å darlington thêng ®îc dïng trong thùc tÕ. V× s¬ ®å nµy hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®îc yªu cÇu vÒ hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt, khi hÖ sè khuÕch ®¹i ®îc nh©n lªn theo tõng th«ng sè cña c¸c Tranzitor. MÆt kh¸c ®Ó gi¶m nhá c«ng suÊt táa nhiÖt Tranzitor vµ kÝch thíc d©y quÊn s¬ cÊp biÕn ¸p xung chóng ta cã thÓ thªm tô nèi tÇng (h×nh c).
S¬ ®å nµy Tranzitor chØ më ®îc cho dßng ®iÖn ch¹y qua trong kho¶ng thêi gian n¹p tô nªn dßng ®iÖn hiÖu dông cña chóng bÐ h¬n nhiÒu lÇn.
Þ Tõ viÖc chän c¸c kh©u c¬ b¶n ta cã m¹ch ®iÒu khiÓn hoµn chØnh.
D
3
UA
R1
A
A1
+
-
B
R2
R3
D1
Tr1
C
A2
-
+
C1
R5
A3
-
+
D
T
+12V
C2
R6
D
2
T3
T2
R7
+12V
S¬ ®å mét kªnh ®iÒu khiÓn Tiristo
R4
U®k
Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn
§iÖn ¸p vµo ®iÓm A (UA) cã d¹ng h×nh sin trïng pha víi ®iÖn ¸ anod cña Tiristo, qua K§TT A1 cho ta chuçi xung CN ®èi xøng.
PhÇn ®iÖn ¸p d¬ng cña ®iÖn ¸p ch÷ nhÊt qua Diod D1 tíi A2 tÝch ph©n thµnh ®iÖn ¸p tùa Urc.PhÇn ®iÖn ¸p ©m cña ®iÖn ¸p CN lµm më th«ng Tr1, kÕt qu¶ A2 bÞ ng¾n m¹ch (Urc = 0) trong vïng ®iÖn ¸p ©m.KÕt qu¶ trªn ®Çu ra cña K§TT A2 cho ta chuçi ®iÖn ¸p r¨ng ca Urc gi¸n ®o¹n.
§iÖn ¸p Urc ®îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k t¹i ®Çu vµo cña A3. Tæng ®¹i sè Urc + U®k quyÕt ®Þnh dÊu ®iÖn ¸p ®Çu ra cña K§TT A3: nÕu
UA
Urc
U®k
a1
UB
UD
t
t
t
t
Ud
t
a3
a4
a5
a2
U®k > Urc: ®iÖn ¸p ra cã ®iÖn ¸p ©m,nÕu U®k vµ Urc lËt ngîc l¹i th× lµm cho ®iÖn ¸p lËt lªn d¬ng.
TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña m¹ch ®iÒu khiÓn
C¸c th«ng sè c¬ b¶n ®Ó tÝnh m¹ch ®iÒu khiÓn:
§iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Tiristo: U®k = 1,4V
Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn Tiristo: I®k = 120mA = 0,12A
Thêi gian më: tm = 100ms
§é réng xung ®iÒu khiÓn: tx =3tm = 300ms
TÇn sè xung ®iÒu khiÓn:
§é mÊt ®èi xøng cho phÐp: Da = 4os
§iÖn ¸p nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn: U = ± 12V
Møc sôt biªn ®é xung: Sx = 0,3
ViÖc tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn thêng ®îc tiÕn hµnh tõ tÇng khuÕch ®¹i ngîc trë lªn
Chän tÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng
Chän Tranzitor c«ng suÊt Tr lo¹i 2SC9111 lµm viÖc ë chÕ ®é xung cã c¸c th«ng sè:
§iÖn ¸p gi÷a Colecto vµ Baz¬ khi hë m¹ch Emito: UCBo = 40V.
§iÖn ¸p gi÷a Emito vµ Baz¬ khi hë m¹ch colecto: UEBo = 4V.
Dßng ®iÖn lín nhÊt ë Colecto cã thÓ chÞu ®ùng: ICmax = 500mA.
C«ng suÊt tiªu t¸n ë Colecto: Pc = 1,7W
NhiÖt ®é lín nhÊt ë m¹ch tiÕp gi¸p: T1 = 175oC
HÖ sè khuÕch ®¹i: b = 50.
Dßng lµm viÖc cña Colecto: IC2 = I®k/ m = 0,12/3 = 0,04A ® IC2 = 40mA.
Dßng lµm viÖc cña Baz¬:
TÊt c¶ c¸c Diod trong m¹ch ®iÒu khiÓn ®Òu dïng lo¹i 1N4009 cã tham sè:
Dßng ®iÖn ®Þnh møc: I®m = 10mA
§iÖn ¸p ngîc lín nhÊt: UN = 25V
§iÖn ¸p ®Ó Diod më th«ng: Um = 1V.
Chän tÇng so s¸nh
Chän khuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) TL084 cã c¸c th«ng sè sau:
§iÖn ¸p nguån nu«i: Vcc = ±12V
§iÖn ¸p vµo A3: Uv » 12V.
Dßng ®iÖn vµo ®îc h¹n chÕ ®Ó Ilv < 1mA.
HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu vµo: +30V.
NhiÖt ®é lµm viÖc: T =-25o - 850
C«ng suÊt tiªu thô: P = 680mW = 0,68W.
Tæng trë ®Çu vµo: Rin = 106MW
Dßng ®iÖn ®Çu ra: Ira = 30pA.
Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p cho phÐp:
Ta chän R4 = R5 = 15kW nªn dßng vµo A3:
TÝnh chän kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng ca ®ång pha
§iÖn ¸p tùa ®îc h×nh thµnh do sù n¹p cña tô C1, mÆt kh¸c ®Ó ®¶m b¶o ®iÖn ¸p tùa cã trong mét nöa chu k× ®iÖn ¸p líi lµ tuyÕn tÝnh th× h»ng sè thêi gian n¹p tô ®îc lµ Trc = R2.C
§Ó cho c¸c ®îc r¨ng ca cã ®Ønh nhän t¹i cuèi c¸c b¸n k× th× Trc nªn chän Trc = (0,003 – 0,005)s. Ta chän Trc = 0,005s
Chän tô C1 = 0,1mF.
§Ó thuËn tiÖn cho viÖc ®iÒu chØnh khi l¾p gi¸p m¹ch R3 thêng chän lµ biÕn trë lín h¬n 50kW.
Chän Tranzito Tr1 lo¹i A 564 cã c¸c th«ng sè:
Tranzito lo¹i pnp, lµm b»ng Si
§iÖn ¸p gi÷a Colecto vµ Baz¬ khi hë m¹ch Emito: UCBO = 25V.
§iÖn ¸p gi÷a Emito vµ Baz¬ khi hë m¹ch Colecto:UBEO = 7V.
Dßng ®iÖn lín nhÊt cã thÓ chÞu ®ùng ®îc: Icmax = 100mA.
NhiÖt ®é lín nhÊt ë mÆt tiÕp gi¸p: Tcp = 150oC.
HÖ sè khuÕch ®¹i: b = 250.
Dßng cùc ®¹i cña Baz¬:
§iÖn trë R2 ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®i vµo vïng Baz¬ Tranzito Tr1 dîc chän:
Chän tô C2 vµ R6
§iÖn trë R6 dïng ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®a vµo Baz¬ cña Tranzito Tr3, chän R6 tháa m·n ®iÒu kiÖn:
Chän R6.C2 = tx = 300ms
TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p xung, nguån nu«i vµ ®ång pha
T¹o nguån nu«i
Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p +12V ®Ó cÊp cho biÕn ¸p xung, nu«i IC, c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, tèc ®é vµ ®iÖn ¸p ®Æt .
§Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng hai vi m¹ch æn ¸p 7812 vµ 7912 cã c¸c th«ng sè sau:
§iÖn ¸p ®Çu vµo: Uv = ( 7- 35)V
§iÖn ¸p ®Çu ra: Ur = + 12V víi IC7812 vµ Ur = -12V víi IC7912.
Dßng ®iÖn ®Çu ra: Ira = ( 0 -1 )A.
Ta thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p dïng cho c¶ viÖc t¹o ®iÖn ¸p xung, ®ång pha vµ t¹o nguån nu«i.
- Chän Diod cho bé chØnh lu nguån nu«i
Chän Diod lo¹i KÕ208A cã c¸c th«ng sè:
+ Dßng ®iÖn ®Þnh møc: I®m = 1,5A
+ §iÖn ¸p ngîc cùc ®¹i cña Diod: UN = 100V.
Chän m¸y biÕn ¸p ba pha ba trô, trªn mçi trô cã 4 cuén d©y: 1 cuén s¬ cÊp vµ 3 cuén thø cÊp.
Tô C4, C5 dïng ®Ó läc thµnh phÇn sãng hµi bËc cao.
Chän C4 = C5 = C6 = C7 = 470mF, U = 35V.
220~
+12V
C
B
7812
A
C4
C5
C6
C7
7912
C8
(3-5)V
20V
-12V
+ 12V
M¸y biÕn ¸p t¹o nguån nu«i
Mçi kªnh ph¶i dïng 3 K§TT.
Víi 3 kªnh ®iÒu khiÓn ta ph¶i dïng: 3.3 = 9K§TT.
Chän 3IC lo¹i TL084. Mçi IC cã 4K§TT
C«ng suÊt tiªu thô ë 3IC TL084 sö dông lµm K§TT:
P3IC = 3PIC = 3.0,68 = 2,04W.
C«ng suÊt sö dông cho viÖc t¹o nguån nu«i
PN = P3IC = 2,04W
§iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p nguån nu«i:
. LÊy U21 = 9V
Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p nguån nu«i
M¸y biÕn ¸p xung
Ta dïng m¹ch chØnh lu cÇu 3 pha dïng Diod
§iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p xung:
C«ng suÊt biÕn ¸p xung cÊp cho cùc ®iÒu khiÓn Tiristo
P®k = 3.U®k.I®k = 3.1,4.0,12 = 0,504W.
Dßng ®iÖn thø cÊp biÕn ¸p xung
M¸y biÕn ¸p ®ång pha
§iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p ®ång pha: U23 = ( 3 -5)V. Chän U23 = 5V.
Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p ®ång pha: I23 = 1mA.
C«ng suÊt biÕn ¸p ®ång pha
P®ph = 3U23.I23 = 3.5.10-3 = 0,015W.
C«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p cã kÓ ®Õn 5% tæn thÊt trong m¸y
S = 1,05(Px + P®ph + PN) = 1,05 (0,504 + 0,015 + 2,04)
® S = 2,7VA
Dßng ®iÖn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p
TiÕt diÖn trô cña m¸y biÕn ¸p
kQ = 6: hÖ sè phô thuéc vµo ph¬ng thøc lµm m¸t.
ChuÈn hãa tiÕt diÖn trô: QT = 0,92cm2
c
h
H
a
a
a
C
.KÝch thíc m¹ch tõ biÕn ¸p
a
a = 12mm
b = 10mm
c = 12mms
h = 30msm
C = 48mm
H = 42mm
KÕt cÊu d©y quÊn s¬ cÊp
Sè vßng d©y cuén thø cÊp
vßng
Chän mËt ®é tõ c¶m ë trong trô: B = 1,35T
TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp
Chän J1 = J2 = 2,75A/mm2
§êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp
ChuÈn hãa ®êng kÝnh d1 = 0,1mm ®Ó ®¶m b¶o ®é bÒn c¬.
§êng kÝnh kÓ c¶ c¸ch ®iÖn: d1c® = 0,12mm
KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p nguån nu«i
Sè vßng d©y thø cÊp biÕn ¸p nguån nu«i
vßng
TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p nguån nu«i
§êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p nguån nu«i
ChuÈn hãa ®êng kÝnh d21 = 0,21mm
§êng kÝnh kÓ c¶ c¸ch ®iÖn: d21c® = 0,24mm
KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p xung
Sè vßng d©y thø cÊp biÕn ¸p xung
vßng
TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p xung
§êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p xung
ChuÈn hãa ®êng kÝnh d22 = 0,29mm
§êng kÝnh kÓ c¶ c¸ch ®iÖn d22c® = 0,33mm
KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p ®ång pha
Sè vßng d©y thø cÊp biÕn ¸p ®ång pha
vßng.
TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p ®ång pha
§êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p ®ång pha
ChuÈn hãa ®êng kÝnh d23 = 0,29mm
§êng kÝnh kÓ c¶ c¸ch ®iÖn d23c® = 0,33mm.
Ch¬ng VI
HÖ thèng ®iÒu khiÓn víi ph¶n håi ©m tèc ®é
§Æc tÝnh c¬ cña hÖ chØnh lu ®éng c¬ víi wmax, wmin
§Æc tÝnh c¬ cao nhÊt øng víi wmax
§iÖn ¸p ®Æt lªn phÇn øng ®éng c¬
Udmax = w®m.kF®m + Rå.I®m
Tæng ®iÖn trë Rå = Rba+R+Rdt = 2,9W
ÞUdmax = 150.1,37 + 2,9.12 = 240,3V
Tèc ®é kh«ng t¶i lý tëng
Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch
Sai sè tèc ®é
§Æc tÝnh c¬ thÊp nhÊt víi wmin
Tèc ®é thÊp nhÊt cuèi d¶i ®iÒu chØnh
§iÖn ¸p ®Æt lªn phÇn øng ®éng c¬
Udmin = wmin.kF + Rå.I®m
® Udmin = 10.1,37 + 2,9.12 = 48,5 V.
Tèc ®é kh«ng t¶i lý tëng
Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch
Sai sè tèc ®é
I (A)
12
16,7
0
10
35,4
150
167
w (rad/s)
Þ Ta thÊy ë ®Æc tÝnh c¬ thÊp nhÊt th× sai sè tèc ®é rÊt lín s% = 71,7% vµ dßng ng¾n m¹ch
I nm =16,7A » 1,4I®m nªn ®éng c¬ rÊt dÔ bÞ qu¸ t¶i dÉn ®Õn ch¸y. MÆt kh¸c do cã bé biÕn ®æi nªn nã lµm gi¶m ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ tøc lµ sai sè tèc ®é t¨ng.
V× vËy ®Ó më réng ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é víi ®é chÝnh x¸c cao tøc lµ víi sai lÖch thÊp ta ph¶i t¨ng ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ b cña truyÒn ®éng ®iÖn. VÊn ®Ò ®ã cã thÓ gi¶i quyÕt ®îc b»ng c¸ch sö dông c¸c m¹ch håi tiÕp ®Ó thiÕt lËp hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng vßng kÝn.
HÖ thèng víi ph¶n håi ©m tèc ®é
Dïng ph¶n håi ©m tèc ®é ®Ó n©ng cao ®êng ®Æc tÝnh.
C
A
B
¦
T1
T2
T3
FT
Uph w
U®
U®k
a
S¬ ®å ®éng lùc:
Kh tèc ®é ®éng c¬ thay ®æi so víi gi¸ trÞ ®Æt, tÝn hiÖu håi tiÕp sÏ thay ®æi mét c¸ch tØ lÖ, do ®ã ®iÖn ¸p U®k biÕn ®æi. KÕt qu¶ lµ gãc më van a thay ®æ vµ ®iÖn ¸p chØnh lu cña bé biÕn ®æi ®îc ®iÒu chØnh theo híng cÇn thiÕt ®Ó duy tr× gi¸ trÞ ®Æt cña tèc ®é.
A4
-
+
D
U®k = ( 0 – 10)V
A5
-
+
U® = 10,5V
¦
10V
Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ khi cã ph¶n håi ©m tèc ®é
Chän m¸y ph¸t tèc TM víi U®mFT = 60V, nFT®m = 2000vßng/phót.
HÖ sè chØnh lu
Ta cã U®k = (0 – 10)V. Chän U®kmax = 10V.
Udmax = Udo.cosa = Udo
® Udmax = Ud + DUba + DUv = 220 + 15,4 +1,9 = 237,3V
§iÖn ¸p ®Æt U®
U® = U®k + Uphw £ 12V.
Ta chän: U® = 10,5 V; Uphw = 10V.
ThiÕt kª trong hÖ kÝn víi DwK = 1rad/s
§iÖn trë chØnh lu:
MÆt kh¸c ta cã:
Tèc ®é kh«ng t¶i lý tëng
Þ wK = woK - DwK = 9,5 -1 = 8,5 rad/s
Sai sè tèc ®é
HÖ sè kw1:
HÖ sè kw1:
HÖ thèng víi ph¶n håi ©m dßng ®iÖn
Ta thÊy nÕu t¨ng ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ ®Ó gi¶m sai sè tèc ®é th× ®ång thêi dßng ®iÖn vµ m«men ng¾n m¹ch còng t¨ng lªn, g©y nguy hiÓm ®èi víi ®éng c¬ vµ c¸c thiÕt bÞ kh¸c. V× vËy nÕu kh«ng cã h×nh thøc h¹n chÕ dßng ®iÖn mét c¸ch tù ®éng th× c¸c hÖ nµy kh«ng sö dông ®îc.
Muèn gi¶m dßng ®iÖn vµ m«men ng¾n m¹ch ta ph¶i t¨ng ®é cøng ®Æc tÝnh c¬. Tuy nhiªn ®Ó ®¶m b¶o yªu cÇu æn ®Þnh tèc ®é trong ph¹m vi biÕn thiªn dßng ®iÖn cho phÐp cña t¶i, ta chØ gi¶m ®é cøng khi dßng ®iÖn hoÆc m«men vît qu¸ mét ngìng - ®iÓm ng¾t (Mng; wng) hoÆc (Ing; wng).
Lóc nµy ®Æc tÝnh c¬ chia ra lµm hai ®o¹n:
§o¹n 1: lµm viÖc tõ ®iÓm kh«ng t¶i lý tëng ®Õn ®iÓm ng¾t
§o¹n 2: lµm viÖc tõ ®iÓm ng¾t ®Õn ®iÓm ng¾n m¹ch.
§Æc tÝnh nµy ngêi ta gäi lµ ®Æc tÝnh m¸y xóc.
C
A
B
M§K
BD
Ro
Ap
Ro
Ro
§Ó thùc hiÖn ®îc ta ph¶i dïng mét kh©u håi tiÕp ©m dßng ®iÖn t¸c ®éng trªn ngìng Ing.
S¬ ®å ®éng lùc:
§èi víi ph¶n håi ©m dßng ®iÖn ta còng dïng bé khuÕch ®¹i nh ®èi víi ph¶n håi ©m tèc ®é.
Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ khi cã ph¶n håi ©m dßng ®iÖn:
Thêng ngêi ta lÊy Ing = (1,1 -1,3)I®m. Chän Ing = 1,2I®m = 1,2.12 = 14,4A
Vµ Inm = ( 1,5 – 2)I®m. Chän Inm = 2I®m = 2.12 =24A.
Chän m¸y biÕn dßng lo¹i: BD 50/5
Dßng ®iÖn I2BD:
Chän Ro = 2W.
Þ U2BD = Ro.I2BD = 2.0,7 = 1,4V.
Cã: Udo = KCL.U2BD = 1,17 .1,4 = 1,638A.( K = 1,17 _ CL tia 3 pha)
Chän UPHI = 1V.
HÖ sè ph¶n håi dßng ®iÖn:
Tèc ®é kh«ng t¶i lý tëng:
Theo yªu cÇu cña ®Ò bµi th× täa ®é ®iÓm ng¾t N(Ing; wng) ph¶i tháa m·n ph¬ng tr×nh:
® Täa ®é ®iÓm ng¾t N ( Ing = 14,4A; wng = 8rad/s).
MÆt kh¸c ®iÓm N còng ph¶i tháa m·n:
Nªn ta cã: ®é sôt tèc DwK
HÖ sè:
Þ §Æc tÝnh c¬ khi dïng ph¶n håi.
w(rad/s)
9,5
8,5
8
0
12
14,4
24
I(A)
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- DA thiet ke dong co dieu khien CL_D.DOC