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 cơđiện một chiều vẫn tồn tại. Trong công nghiệp, động cơđiện 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 cơđiện 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 đểđiều
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 cơđiện được cấp điện từ lưới xoay chiều.
Đồ án thiết kế hệđiều khiển CL - Đ một chiều gồm 6 chương:
Chương1: Khái quát vềđiều khiển tốc độđộng cơđiện 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.
Đồ án chia làm 3 chương, dài 74 trang
74 trang |
Chia sẻ: banmai | Lượt xem: 1912 | Lượt tải: 3
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Thiết kế hệ điều khiển CL, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ăng
lên và thành phần điện cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp tải sẽ gián
đoạn.
A B C A
α1 α2 α3 α4 α5 α6 t
Uf
0 α7
D1
D2
D3
T1
T2
T3
LR
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
- Nhận xét
+ Ta có thể coi mạch điều khiển của chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không
đối xứng này như điều khiển một chỉnh lưu tia 3 pha nhưng hiệu suất sử
dụng biến áp cao và chất lượng điện áp khá tốt với biên độ đập mạch
nhỏ.
+ So với chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng thì trong sơ đồ này việc
kích mở các van điều khiển dễ dàng hơn nhưng biên độ đập mạch của
điện áp chỉnh lưu lớn hơn, phần hài bậc 3 có giá trị lớn kéo theo cuộn
kháng lọc cồng kềnh.
⇒ Chỉnh lưu cầu 3 pha hiện nay là sơ đồ có chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu
suất sử dụng biến áp tốt nhất nhưng sơ đồ thì phức tạp nhất.
5. Lựa chọn sơ đồ thiết kế
Sau khi phân tích đánh giá ưu nhược điểm của các sơ đồ chỉnh lưu, ta
thấy đối với tải là động cơ điện một chiều có công suất nhỏ: P = 2,2kW và có
điện áp một chiều định mức là 220V thì sơ đồ tia có ưu điểm hơn cả.
Vì vậy ta chọn sơ đồ thiết kế là sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha nên có sơ đồ
động lực dưới đây:
KT
ƯT1 T2 T3
CBA
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
CHƯƠNG III
TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐỘNG LỰC
Từ các số liệu ban đầu:
P = 2,2kW; Uđm = 220V; Iđm = 12A; nđm = 1430 vòng/phút; η = 0,85
Tra sách “ Các đường đặc tính cơ trong truyền động điện” – Bùi Đình Tiếu
ta có các thông số sau:
+ Loại động cơ: Π32
+ Điện trở phần ứng: Rư = 1,205Ω
+ Số thanh dẫn tác dụng của phần ứng: N = 936
+ Số nhánh song song của phần ứng: 2a = 2
+ Tốc độ quay cho phép cực đại: n =3000 vòng/phút
+ Dòng kích từ định mức: ikt = 0,49A
3.1 Tính chọn van động lực
Van được chọn dựa vào điện áp ngược và dòng điện định mức
1. Điện áp ngược của van:
+ Điện áp làm việc của van:
Trong đó: Do sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha nên :
Hệ số điện áp ngược: 45,26 ==nvk
Hệ số điện áp tải:
+ Điện áp ngược mà van phải chịu:
( )VUkU lvdtUnv 33,8757,4609,1. =×==
kdtU = 1,9 : hệ số dự trữ điện áp ( thường kdtU >1,6)
V
k
UkUkU
u
d
nvnvlv 7,4602203
2.. 2 =×=== π
17,1
2
63 == πUk
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
2. Dòng điện định mức của van
+ Dòng điện làm việc của van:
Do sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha nên
+ Dòng điện định mức của van được chọn dựa vào điều kiên làm mát
van.
Chọn điều kiện làm mát van bằng không khí tức là làm mát tự nhiên
nhờ cánh tỏa nhiệt với đầy đủ diện tích bề mặt cho phép làm việc và
không có quạt đối lưu không khí. Với điều kiện này thì cho phép van
làm việc tới 40%Iđmv
Dòng điện định mức của van cần chọn:
Iđmv = ki.Ilv = 3,5 x 6,9 = 24,15 (A)
Chọn ki = 3,5 : hệ số dự trữ dòng điện
3. Chọn van bán dẫn
Với Unv = 875,3(V) và Iđmv = 24,15(A), ta chọn được 3 Tiristo loại
T25N900COC có các thông số sau:
+ Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 900(V)
+ Dòng điện định mức của van: Iđmv = 25(A)
+ Độ sụt áp trên van: ΔU = 1,9(V)
+ Dòng điện rò: Ir = 15mA
+ Điện áp điều khiển: Uđk = 1,4V
+ Dòng điện điều khiển: Iđk = 120mA
+ Đỉnh xung dòng điện: Ipik = 640A
+ Tốc độ biến thiên điện áp:
+ Thời gian chuyển mạch: tcm = 100μs
+ Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: Tmax = 125oC
58,0
3
1 ==hdk
sV
dt
dU /400=
( )AIkII dhdhdlv 9,63
12. ====
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
3.2 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu
Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu Δ/Y làm mát bằng không khí
tự nhiên.
1. Công suất biến áp nguồn cấp
⇒ Sba = 3,4812kVA
( ks = 1,345: hệ số công suất do sơ đồ là chỉnh lưu tia ba pha)
2. Điện áp của các cuộn dây
- Điện áp cuộn dây sơ cấp bằng điện áp nguồn: U1 = 380V
- Phương trình cân bằng điện áp khi không tải:
Udocosαmin = Ud + ΔUv + ΔUba
Trong đó: + Ud = 220V: điện áp chỉnh lưu
+ ΔUv = 1,9V: sụt áp trên các van
+ ΔUba = ΔUr + ΔUL = 7%.Ud = 7% x 220 = 15,4V
(thường chọn ΔUba = (5 – 10)%Ud)
+ΔUdn _ sụt áp trên dây nối: ΔUdn = 0
+ αmin = 10o: góc dự trữ khi có suy giảm điện lưới.
Từ phương trình trên ta có:
- Điện áp cuộn dây thứ cấp:
3. Dòng điện của các cuộn dây
+ Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp
Với sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha ta có:
VA
P
kPkS sdsba 2,348185,0
10.2,2
345,1..
3
=×=== η
( )V
k
U
U
U
d 206
17,1
96,2400
2 ===
VU
UUUU
U
odo
dnbavd
do
96,240
10cos
05,149,1220
cos min
=+++=→
Δ+Δ+Δ+= α
AII d 9,6
3
12
32
===
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
+ Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:
∗ Tính sơ bộ mạch từ
4. Tiết diện trụ của lõi thép
kQ = 6: hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát
Vì công suất biến áp nhỏ Sba = 3,4812kVA < 10kVA nên ta chọn trụ
chữ nhật có kích thước QFe = a.b với a_ bề rộng trụ; b_ bề dày trụ.
Ta có
5. Chiều cao trụ
( ) cmah
a
hm 5,125.5,25,25,22 ===→−== . Lấy h = 13cm.
6. Chọn loại thép ∃330, các lá thép có độ dày 0,35mm
∗ Tính toán dây quấn
7. Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp
(vòng)
Chọn mật độ từ cảm BT =1,35T
( BT tùy theo chất lượng tôn BT= (1 - 1,6)T )
8. Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp
(vòng) .Lấy W2 = 237 vòng.
9. Chọn mật độ dòng điện trong máy biến áp
Với máy biến áp công suất nhỏ, khi công suất trên 100W thì mật độ
dòng điện J = (2,5 – 3,5)A/mm2.Ta chọn J1 = J2 = 2,69A/mm2
229
503
2,34816
.
cm
fm
S
kQ baQFe =××==
⎩⎨
⎧
=
=→==
cmb
cma
cmbaQFe 8,5
5
29. 2
437
35,110.295044,4
380
...44,4 4
1
1 =×××== −TFe BQf
UW
9,236437
380
206. 1
1
2
2 =×== WU
UW
AI
U
UIkI ba 74,39,6380
206. 2
1
2
21 =×===
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
10. Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp
Chọn dây dẫn tiết diện tròn.
Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn:
+ Tiết diện dây sơ cấp: S1 = 1,4314mm2
+ Đường kính dây: d1 = 1,35mm
+ Đường kính ngoài kể cả cách điện: dn = (1,43 – 1,46)mm.
11. Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn dây sơ cấp
12. Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp
Chọn dây dẫn tiết diện tròn
Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn:
+ Tiết diện dây thứ cấp: S2 = 2,573mm2
+ Đường kính dây: d2 = 1,81mm
+ Đường kính ngoài kể cả cách điện: dn = (1,9 – 1,93)mm
13. Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn dây thứ cấp
Kết cấu dây quấn
Dây quấn kiểu đồng tâm được bố trí theo chiều dọc với mỗi cuộn dây
được quấn thành nhiều lớp dây. Mỗi lớp dây được quấn liên tục các
vòng dây sát nhau, các lớp dây cách điện với nhau bằng bìa cách điện.
2
1
1
1 390,169,2
74,3 mm
J
IS ===
2
1
1
1 /61,24314,1
74,3 mmA
S
IJ ===
2
2
2
2 565,269,2
9,6 mm
J
IS ===
2
2
2
2 /68,2573,2
9,6 mmA
S
IJ ===
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
∗ Kết cấu dây quấn sơ cấp
14. Tính sơ bộ vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp
(vòng). Lấy Wl1 = 87 vòng.
Với: + h: chiều cao cửa sổ h= 13cm
+ dn = (1,43 - 1,46)mm: đường kính dây quấn kể cả cách
điện. Chọn dn = 1,45mm = 0,145cm
+ hg: khoảng cách điện với gông.
Thường hg = 2dn = 2 x 0,145 = 0,29cm
15. Sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp
lớp. Lấy nl1 = 5 lớp.
Vậy có 437 vòng chia thành 5 lớp, 4 lớp đầu mỗi lớp có 88 vòng còn một
lớp sau cùng thì bằng 437 – 87 x 4 = 89 vòng.
16. Bề dày cuộn sơ cấp
Bd1 = (d1 + cd11).nl1 = (1,35 + 0,1).5 = 7,25mm = 0,725cm.
Chọn cd11 = 0,1mm: bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ
cấp.
17. Chiều dài trung bình của cuộn dây sơ cấp.
Vì máy biến áp có trụ chữ nhật nên : l1= 2W1(atb1 + btb1).
Chiều dài trung bình mỗi cạnh của vòng dây sơ cấp
Chọn: cdo1 = 0,5cm: bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và trụ.
→ l1 = 2.437.(6,725 + 7,525) = 12454cm = 124,54m.
6,87
145,0
29,013
1 =−=−=
n
g
l d
hh
W
02,5
87
437
1
1
1 ===
l
l W
W
n
cmBdcdaa otb 725,62
725,025,0452
2
242 11
1 =×+×+×=++=
cmBdcdbb otb 525,72
725,025,048,52
2
242 11
1 =×+×+×=++=
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
∗ Kết cấu dây quấn thứ cấp
18. Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn thứ cấp
vòng.
dn = ( 1,9 – 1,93)mm: đường kính dây quấn kể cả cách điện.
Chọn dn = 1,93mm = 0,193cm.
hg: khoảng cách điện với gông
thường hg = 2dn = 2.0,193 =0,386cm
19. Sơ bộ số lớp dây ở cuộn thứ cấp
lớp. Lấy nl2 = 4 lớp.
Vậy có 237 vòng chia thành 4 lớp: 3 lớp đầu có 60 vòng, lớp sau cùng
thì có 237 – 3.60 = 57 vòng.
20. Bề dày cuộn thứ cấp
Bd2 = (d2 + cd22).nl2 = ( 1,81 + 0,1).4 =7,64mm = 0,764cm.
cd22 = 0,1mm: bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp
21. Chiều dài trung bình của cuộn dây thứ cấp
l2 = 2 .W2(atb2 + btb2 )
Chiều dài trung bình mỗi cạnh của vòng dây:
⇒ l2 = 2. 237.(9,2 + 10) = 9100cm = 91m.
22. Chiều rộng cửa sổ
c = 2(ao1 + Bd1+ a12 +Bd2) + a22
65
193,0
386,013
2 =−=−=
n
g
l d
hh
W
6,3
65
237
2
2
2 ===
l
l W
Wn
.2,9
2
764,022725,045,0452
2
22442
2
21211
2
cma
BdcdBdcda
a
tb
o
tb
=→
×++×+×+×=++++=
cmb
BdcdBdcdb
b
tb
tb
10
2
764,022725,045,048,52
2
22442
2
212101
2
=→
×++×+×+×=++++=
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
= 2(0,5 + 0,725 + 1 + 0,764) + 1
→c = 7cm.
a22= 1cm_ khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp.
23. Kiểm tra kích thước cửa sổ
Kích thước của cửa sổ chỉ hợp lý khi bề dày các cuộn dây phải nhỏ
hơn chiều rộng cửa sổ. Tức là phải thỏa mãn điều kiện sau:
Δc = c – 2Bd = ( 0,5 – 2)cm.
Khoảng cách này cần thiết để đảm bảo cách điện và làm mát.
Ta có: + Bề dày các cuộn dây:
Bd = Bd1 + Bd2 + cdt + cdn
= 0,725 + 0,764 + 0,5 + 0,5
→ Bd = 2,5cm.
⇒ Δc = 7 – 2.2,5 = 2cm. Thỏa mãn yêu cầu.
24. Khoảng cách giữa 2 tâm trục
c’ = c + a = 7 + 5 = 12cm.
25. Chiều rộng mạch từ
C = 2c + 3a = 2.7 + 3.5 = 29cm.
26. Chiều cao mạch từ
H = h + 2a = 13 + 2.5 = 23cm.
∗ Khối lượng sắt và đồng
27. Thể tích sắt
VFe = QFe(3h + 2C)
= 29.10-2(3 x 13.10-1 + 2 x 29.10-1)
→VFe = 2,81dm3.
28. Khối lượng khối sắt
MFe = VFe.mFe = 2,81 x 7,8 = 21,9kg.
29. Thể tích khối đồng
VCu = 3(S1l1+ S2l2)
= 3(1,4314.10-4 x 124,54.101 + 2,573.10-4 x 91.101)
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
→VCu = 1,23dm3.
30. Khối lượng khối đồng
MCu = VCu.mCu = 1,23 x 8,9 = 10,9kg.
∗ Tính toán các thông số của máy biến áp
31. Điện trở cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75o C
Lấy ρ = 0,0172Ω.mm2/m : điện trở suất của đồng.
32. Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp ở 75 oC
33. Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp
34. Sụt áp trên điện trở máy biến áp
ΔUr = Rba.Id = 1,03 . 12 = 12,36V
35. Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp
Bán kính trong cuộn dây thứ cấp:
36. Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp
Ω=×== 49,1
4314,1
54,1240172,0
1
1
1 S
lR ρ
Ω=×== 6,0
573,2
910172,0
2
2
2 S
lR ρ
Ω=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+=⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛+= 03,1
437
23749,16,0
22
1
2
12 W
WRRRba
Ω=⇒
×⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ++⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=→
×⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ++⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
−−
−−
75,0
10.31410.
3
764,0725,001,0
13
725,42378
10.31410.
3
8
7222
7221
12
2
2
2
ba
ba
bk
ba
X
X
BdBda
h
R
WX
π
π
cmDR tbk 725,42
45,9
2
2 ===
mHHXL baba 3,20023,0314
75,0 ==== ω
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
37. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp
38. Sụt áp trên máy biến áp
39. Điện áp trên động cơ khi có góc mở αmin =10o
U = Udocosαmin - ΔUv - ΔUba
= 240.96 cos10o – 1,9 – 15,05 = 220V.
40. Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp
Ω=+=+= 27,175,003,1 2222 babanm XRZ
41. Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp
ΔPn = 3.Rba.I22
= 3. 1,03.6,92 = 147W
42. Điện áp ngắn mạch tác dụng
%45,3100.
206
9,6.03,1100..
2
2 ===
U
IRU banr
43. Điện áp ngắn mạch phản kháng
%5,2
206
9,6.75,0100.
2
2 ===
U
IXU banx
44. Điện áp ngắn mạch phần trăm
45. Dòng điện ngắn mạch xác lập
VU
IXImU
x
dba
d
bafx
59,81275,03
.3..
=××=Δ→
==Δ
π
ππ
VU
UUU xr
05,15
59,836,12 2222
=Δ→
+=Δ+Δ=Δ
%2,4100
2,3481
147100% =×=×Δ=Δ
S
PP nn
A
Z
UI
ba
nm 2,16227,1
2062
2 ===
%4,7100
206
27,0112100
.
%
2
=××=×=
U
ZIU nmdmnm
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
46. Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại
Khi ngắn mạch đột ngột, dòng điện ngắn mạch gồm 2 thành phần: 1
thành phần chu kì và 1 thành phần tự do không chu kì. Chính thành
phần tự do không chu kì làm trị số dòng điện ngắn mạch tức thời tăng
lên rất lớn. Trị số dòng điện cực đại lúc đó là:
47. Kiểm tra máy biến áp thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến
thiên của dòng điện chuyển mạch
( )
( ) sμA
dt
disμA
dt
di
SecA
L
U
dt
di
cp
c
ba
c
/)(/,
/,
,.
..
max
max
10010110
510964
002302
2066
2
6 2
−=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛<=→
===
Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt.
48. Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu
%8,75
2,3481
12.220 ===
S
IU ddη
3.3 Thiết kế cuộn kháng lọc
Để giảm nhỏ thành phần xoay chiều của điện áp và dòng điện chỉnh
lưu ta nói với đầu ra của bộ biến đổi một bộ lọc. Bộ lọc nhằm chủ yếu hạn
chế thành phần sóng hài bậc 1. Bộ lọc điện cảm là cuộn kháng ( lõi thép) nối
nối tiếp với phụ tải nên khi dòng điện ra tải biến thiên đập mạch, trong cuộn
kháng sẽ xuất hiện sức điện động tự cảm chống lại. Do đó làm giảm sóng hài
nhất là các sóng hài bậc cao.
1. Xác định góc mở cực tiểu và cực đại
- Góc mở cực tiểu: αmin = 10o là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới.
- Từ công thức điện áp tải Ud = Udo.cosα ta thấy:
AIAeI
eII
pik
U
U
nm
òn
ñn
6404,23212,1622
12
5,2
45,3
max
2max
=<=⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +××=→
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +=
−
−
π
π
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
+ Khi góc mở nhỏ nhất α = αmin thì điện áp trên tải là lớn nhất:
Udmax = Udo.cosαmin = Ud đm và tương ứng tốc độ động cơ sẽ lớn nhất
ω = ωmax = ωđm.
+ Khi góc mở lớn nhất α = αmax thì điện áp trên tải là nhỏ nhất:
Udmin = Udo.cosαmax và tương ứng tốc độ động cơ sẽ là nhỏ nhất:
ω = ωmin
→ Góc mở cực đại:
+ Ta xét dải điều chỉnh D:
Trong đó:
Rư = 1,205Ω
→ Rư∑ = Rư + Rba + Rdt = 1,205 + 1,03 + 0,71
→ Rư∑ = 2,9Ω
Ud đm = Udo.cos αmin= 1,17U2cos 10o = 1,17.206.cos10o
→ Ud đm =237V
⇒ Điện áp đặt trên phần ứng động cơ ở tốc độ ωmin
⇒ Góc mở cực đại:
2. Xác định các thành phần sóng hài
2
minmin
max 17,1
arccosarccos
U
U
U
U d
do
d ==α
( )[ ]ddmddmd
ddmd
ddmddm
IRDU
D
U
RIU
RIU
ω
ωD
.
.
.
−min
−min
−.
min
max
∑
∑
∑
−+=→
−
−==
11
Ω=×== 71,075,03.3 ππ badt XR
( )[ ]
VU
U
d
d
28,48
129,2115237
15
1
min
min
≈→
××−+≈
478
20617,1
28,48arccosmax
o=×=α
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
Ta có thể coi tất cả các dạng sóng chu kì là xếp chồng của thành phần một
chiều, thành phần hình sin cơ bản và các sóng điều hòa bậc cao:
y = f(x) = A + a1cosx + a2.cos2x + …+ an cosnx + b1sinx + b2sin2x + …+
bn sinnx
Khai triển trên gọi là chuỗi Fuorier.
Theo phương pháp này, hàm ud(ωt) được khai triển thành:
ud(ωt) = Ud + ( )∑∞
=
+
1
sincos
k
kk tkbtka ωω
Trong đó: ∫=
π
ωωπ
2
0
cos1 ttdkua dk
∫=
π
π
2
0
sin1 dk ub kωt.dωt
k = 1, 2, 3… bậc của sóng hài.
- Biên độ của sóng hài bậc k của điện áp chỉnh lưu:
22
kkkm baU +=
- Mặt khác:
Ud = U2fmsin(ωt + αo ) = U2fm.cos( ωt + α - m
π ).
- Qua các bước biến đổi ta có:
αα 22222 11
cos2 tgmk
mk
UU dokm +−=
Viết theo giá trị tương đối:
αα tgmk
mkU
U
U
do
km
km
22
22
* 1
1
cos2 +−==
Từ biểu thức trên ta thấy:
Biên độ của sóng hài bậc k phụ thuộc vào tích số k.m và góc mở van
α.
+ Góc mở van càng tăng thì thành phần một chiều Ud càng giảm còn
biên độ các sóng hài càng tăng.
+ Với k = 1, sóng hài có biên độ lớn nhất. Sóng đó có tần số f’= mf = 3f
(đối với chỉnh lưu tia ba pha m = 3) gọi là sóng cơ bản. Các sóng bậc 2
trở nên có biên độ nhỏ đáng kể nên không cần quan tâm.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
3. Xác định điện cảm cuộn kháng
Sự đập mạch của điện áp chỉnh lưu đối với tải là động cơ điện một
chiều làm xấu quá trình chuyển mạch cổ góp của động cơ, làm tăng phát
nóng của tải do các thành phần sóng hại. Để hạn chế sự đập mạch này, ta
phải mắc nối tiếp với động cơ một cuộn kháng lọc đủ lớn để Im ≤ 0,1Iư đm.
→ Điện cảm của cuộn kháng cần mắc thêm để lọc thành phần dòng điện
đập mạch:
LckL = LL – Ld – Lba
Theo như phân tích ở trên ta có:
Biên độ thành phần sóng hài của điện áp chỉnh lưu:
+ Biên độ sóng hài bậc 1 ở góc mở αmax = 78o4
+ Trị số điện cảm cần thiết để lọc thành phần sóng hài:
Với: I1*% = 10%: trị hiệu dụng của dòng điện sóng hài cơ bản.
+ Điện cảm phần ứng động cơ:
Trong đó:
γ = 0,25: hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù
Số đôi cực ta tra bảng được p = 1
⇒ Điện cảm cuộn kháng lọc cần mắc thêm:
αα 22222max 11
cos2 tgmk
mk
UU dodk +−=
VtgU o
o
17747831
13.1
478cos20617,12 22
22max1 =+−
×××=
HL
IImk
U
L
L
udm
L
11,0
121,031432
177
%.....2 *1
max1
=××××=→
= ω
mHHL
Inp
U
L
u
dmdm
dm
u
3003,0
1214301
2203025,0
..
.30
==→
×××
××== ππγ
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
LckL = LL – Ld – Lba
= 0,11 – 0,03 – 0,0023
→LckL = 0,077.H
Tính toán cuộn kháng lọc
Các thông số cần thiết cho thiết kế:
+ Điện cảm yêu cầu cuộn kháng lọc: LckL = 0,077H
+ Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng: IckL = 12A
+ Biên độ dòng điện xoay chiều bậc 1: I1m = 10%.Iđm = 1,2A
1. Tổng trở cuộn kháng
Thường dây quấn cuộn kháng có tiết diện khá lớn nên điện cảm cuộn
kháng quá lớn và điện trở rất bé nên ta có thể coi tổng trở của cuộn
kháng bằng điện kháng của cuộn kháng.
ZckL = XckL = 2π.m.f.LckL = 2.π.3.50.0,077
→ZckL = 72,5Ω
2. Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc
3. Công suất của cuộn kháng lọc
4. Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng lọc
kQ =( 5 – 6): hệ số phụ thuộc phương thức làm mát. Làm mát bằng
không khí tự nhiên chọn kQ = 6.
Vì Q = 354mm2 nên ta chọn:
5. Chọn loại thép ∃330A, tấm thép dày 0,35mm
6. Số vòng dây của cuộn kháng lọc
VIZU mckLckL 5,612
2,15,72
2
. 1 =×==Δ
VAIUP mckLckL 18,522
2,15,61
2
1 =×=Δ=
22 35454,3
503
18,526
.
mmcm
fm
PkQ ckLQ ==××==
⎩⎨
⎧
=
=
mmb
mma
22
16
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
Giả thiết bỏ qua sụt áp trên điện trở, sức điện động EckL ≈ ΔUckL
Ta có EckL = 4,44m.f.W.B.Q
Với: B = 1,35T _ mật độ từ cảm trong trụ
⇒ Số vòng dây của cuộn kháng lọc:
193
10.54,3.35,1.50.3.44,4
5,61
....44,4 4
==Δ= −QBfm
U
W CKL vòng.
7. Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng
8. Tiết diện dây quấn cuộn kháng
Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng J = 2,58A/mm2
Chuẩn hóa tiết diện dây quấn cuộn kháng:
+ Chọn dây dẫn tiết diện tròn
+ Tiết diện dây quấn cuộn kháng: Sck = 4,676mm2
+ Đường kính cuộn kháng: dckL = 2,44mm
+ Đường kính ngoài kể cả cách điện: dn = (2,54 – 2,57)mm
9. Thử lại mật độ dòng điện
10. Diện tích cửa sổ
Hệ số lấp đầy klđ = 0,5
Chọn:⎩⎨
⎧
==
==
cmmmc
cmmmh
15150
10100
11. Chiều cao mạch từ
H = h + a = 56 + 16 = 72mm.
12. Chiều dài mạch từ
L = 2c + 2a = 2.32 + 2.16 = 96mm.
13. Số vòng dây trên 1 lớp
vòng. Lấy Wl = 17vòng
AIII mdckL 122
2,112
2
2
2
2
12 =⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+=
2651,4
58,2
12 mm
J
IS ckLck ===
2/56,2
676,4
12 mmA
S
IJ
ckL
ckL ===
89,16
54,2
08,548 =−=−=
n
g
l d
hh
W
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
Với: Đường kính ngoài kể cả cách điện dn = 2,54mm
Khoảng cách điện với gông: hg =2dn = 2.2,54 = 5,08mm
14. Số lớp dây quấn
lớp. Chọn nl = 11 lớp
Vậy với 193 vòng chia thành 11 lớp, 10 lớp đầu mỗi lớp có 17 vòng,
còn 1 lớp sau có 193 – 17.10 = 23 vòng.
15. Bề dày cuộn dây
Bd = (dk + cdl ).nl
Chọn khoảng cách giữa các lớp: cdl = 0,1mm
→ Bd = (2,44 + 0,1).11 = 27,94mm
16. Tổng bề dày cuộn dây
Chọn khoảng cách cách điện giữa dây quấn với trụ: ao1 = 3mm.
Bd∑ = Bd + ao1
→ Bd∑ = 27,94 + 3 = 30,94mm
17. Chiều dài của vòng dây trong cùng
l1 = 2(a+b) + 2π.ao1
→ l1 = 2(16 + 22) + 2π.3=94,8mm
18. Chiều dài của vòng dây ngoài cùng
l2 = 2(a + b) + 2π.(ao1 + Bd)
→ l2 = 2(16 + 22) + 2π(3 + 30,94) = 289mm.
19. Chiều dài trung bình của một vòng dây
20. Điện trở của dây quấn ở 75o
21. Khối lượng sắt
Thể tích sắt:
35,11
17
193 ===
l
l W
Wn
mmllltb 9,1912
2898,94
2
21 =+=+=
Ω=××=×=
−
13,0
676,4
19310.9,1910172,0
3
75
ckL
tb
S
WlR oρ
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
VFe = ab(2h + L) = 16.22.10-4(2.48 + 86).10-2
→ VFe = 0,06dm3
⇒ Khối lượng sắt:
MFe = VFe .mFe =0,06. 7,8 = 0,46kg.
22. Khối lượng đồng
MCu = VCu .mCu
→ MCu = SckL.ltb.W.mCu
⇒ MCu = 4,676.10-4 . 191,9.10-2.193.8,9 = 1,54kg
3.1 Tính chọn các thiết bị bảo vệ
Vì van bán dẫn có kích thước nhỏ, nhiệt dung bé và mật độ dòng điện qua
mặt tiếp giáp p – n lớn nên nó rất nhạy cảm với quá tải về dòng. Mặt khác,
van bán dẫn cũng rất nhạy cảm đối với quá điện áp: chỉ cần tồn tại điện áp
ngược lớn hơn giá trị cho phép trong khoảng ( 1 – 2)μs, mặt tiếp giáp p ÷ n
đã có thể bị chọc thủng về điện. Cho nên van bán dẫn cần phải có các thiết bị
bảo vệ.
1. Bảo vệ quá dòng điện
- Dùng Aptomat tác động nhanh để đóng cắt mạch động lực, tự động
bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch Tiristo, ngắn mạch đầu ra bộ biến
đổi….
+ Chọn Ap có Iđm = (1,1 – 1,3)I1d sao cho dòng điện bảo vệ của Ap
không vượt quá dòng ngắn mạch của thứ cấp.
Chọn Iđm = 1,1I1d = 1,1. 3 .3,74 = 7,12A
Uđm∼ = 220V
+ Chỉnh định dòng ngắn mạch:
Inm = 2,5I1d = 2,5. 3 .3,74 = 16,2A
+ Chỉnh định dòng quá tải:
Iqt = 1,5.I1d =1,5. 3 .3,74 = 9,7A
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
- Dùng cầu chì tác động nhanh dùng để bảo vệ dòng ngắn mạch
+ Nhóm 1CC: bảo vệ ngắn mạch bên ngoài, được chọn theo giá trị hiệu
dụng của dòng điện thứ cấp máy biến áp.
I1CC = 1,1.I2 = 1,1.6,9 = 7,6A. Chọn I1CC = 8A.
+ Nhóm 2CC: bảo vệ gắn mạch phụ tải
1CC1CC 1CC
T
1
R T
3
C
R
R
RC
C
C
Ư
KL
KT
2CC
C
R
C
R T
2
CB
Ap
A
Sơ đồ động lực khi có thiết bị bảo vệ
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
I2CC = 1,1.Id = 1,1.12 = 13,2A. Chọn I2CC = 14A.
- Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ truyền động
Iqt = 1,1.I1d = 1,1. 3 .3,74 = 7,12A
2. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn
Để van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt ta phải
chọn và thiết kế hệ thống tỏa nhiệt hợp lý. Hiện nay phổ biến người ta
thường dùng làm mát bằng cánh tỏa nhiệt.
- Tổn thất công suất trên 1 Tiristo
ΔP = ΔU.Ilv = 1,9.6,9 = 13,1W
- Diện tích bề mặt tỏa nhiệt
Trong đó:
τ = Tlv – TMT : độ chênh lệch so với môi trường
Chọn: nhiệt độ môi trường TMT = 40o
Nhiệt độ làm việc Tlv = 80o
→ τ = 80 – 40 = 400
Ktn : hệ số xét tới điều kiện tỏa nhiệt. Với điều kiện làm mát tự
nhiên không qua cưỡng bức thường chọn: Ktn =(6 -10)W/m2.oC
Chọn Ktn = 9W/m2.oC
Chọn loại cánh tỏa nhiệt có 5 cánh, kích thước mỗi cánh
a.b = 6.6(cm.cm). Tổng diện tích tỏa nhiệt của cánh:
S = 5.2.6.6 = 360mm2
3. Bảo vệ quá điện áp
- Quá điện áp chuyển mạch xuất hiện khi van bán dẫn chuyển từ trạng
thái thông sang trạng thái ngắt.
- Để bảo vệ quá điện áp chuyển mạch,
người ta nối song song với mỗi van một
mạch R1 – C1.
R1 C1
2360
409
1,13 cm
K
PS
tn
tn =×=
Δ= τ
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
- Khi có mạch R1- C1 mắc song song với Tiristo tạo ra mạch vòng phóng
điện tích trong quá trình chuyển mạch nên T không bị quá điện áp. Trị
số điện trở và điện dung của mạch tùy theo từng loại van.
+ Theo kinh nghiệm chọn R1 = (5 – 30)Ω
C1 =(0,25 – 4)μF
+ Ta chọn: R1 = 5,2Ω ; C1 = 0,25μF
- Quá điện áp do đóng cắt cuộn sơ cấp của máy
biến áp khi không tải được bảo vệ nhờ mạch
R2 – C2 nối ở thứ cấp.
Nhờ có mạch lực này mà đỉnh xung gần như nằm
lại hoàn toàn trên điện trở đường dây.
Trị số R, C phụ thuộc nhiều vào tải.
Tham khảo tài liệu ta chọn R2 =13Ω, C = 4μF.
C2
1CC 1CC
C2C2
R2
cb
R2 R2
a
1CC
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
CHƯƠNG IV
TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN CỦA ĐỘNG CƠ
4.1 Đặc tính cơ tự nhiên
Vì đường đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập là một đường
thẳng cắt trục tung tại tốc độ không tải và dốc nghiêng một khoảng Δω nên
khi vẽ ta chỉ cần xác định hai điểm của đường thẳng. Ta thường chọn:
điểm không tải lý tưởng và điểm định mức.
Phương trình đặc tính cơ:
Với: + Tốc độ không tải lý tưởng của động cơ:
Φk
U
ωo
−=
+ Độ sụt tốc độ: ( ) Mk
R
ω .− 2Φ
Δ =
1. Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên
a. Xét điểm không tải A(M = 0; ω = ωo)
+ Điện trở phần ứng Rư = 1,205Ω
+ Tốc độ góc định mức
+ Hệ số k.Φđm
Từ phương trình đặc tính cơ ta có được hệ số k.Φđm:
371
150
122051220
Φ ,
,.− =×−=−=
dm
dmdm
dm ω
IRUk
+ Tốc độ không tải lý tưởng
srad
k
U
ω
dm
o /,
− 160
371
220
Φ
===
⇒ A(M = 0; ωo = 160rad/s)
b. Xét điểm định mức B(M = Mđm; ω = ωđm)
+ Mômen định mức Mđm
( ) Mk
R
k
U
ω .
..
−−
2ΦΦ
−=
sradsrad
n
dm
dm
dm
/150/7,149
55,9
1430
55,9
≈=→
==
ω
ω
mNPM
dm
dm
dm .15150
10.2,2 3 === ω
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
+ Tốc độ góc định mức ωđm = 150rad/s
→ B (Mđm = 15N.m; ωđm = 150rad/s)
2. Nhận xét đặc tính cơ tự nhiên
a. Độ cứng đặc tính cơ
Độ cứng đặc tính cơ β dùng để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ.
Nếu β lớn ta có đặc tính cơ cứng, β nhỏ ta có đặc tính cơ mềm,
β → ∞ ta có đặc tính cơ tuyệt đối.
→ Độ cứng đặc tính cơ tự nhiên:
b. Dải điều chỉnh tốc độ
Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta thấy rằng tốc độ lớn nhất của hệ
bị chặn bởi đặc tính cơ tự nhiên ( điều chỉnh dưới tốc độ không tải)
còn tốc độ nhỏ nhất bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về
mômen khởi động. Ta có:
+ Tốc độ cực đại trong dải điều chỉnh khi mômen tải định mức:
ωβ Δ
Δ= M
( )
( ) 56,1
205,1
37,1
.
2
2
==→
Φ=Δ
Δ=
TN
u
dm
TN R
kM
β
ωβ
min
max
ω
ω=D
βωω
dm
o
M−=max
M(N.m)
ω (rad/s)
160
150
15
ĐTT
N
0
A B
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
+ Tốc độ nhỏ nhất trong dải điều chỉnh với tải định mức:
+ Theo định nghĩa về sai số tốc độ ta viết được biểu thức scp ứng với
đường đặc tính cơ thấp nhất:
Với: βω
dmM=Δ và βωω
dm
o
M+= minmin
⇒ Tốc độ nhỏ nhất trong dải điều chỉnh:
+ Do tải có đặc tính mômen không đổi nên giá trị phạm vi điều chỉnh tốc
độ cũng không vượt quá 10: scp ≤ 10%. Chọn scp = 10%.
⇒ Dải điều chỉnh D:
4.2 Đặc tính điều khiển của động cơ
1. Với dòng điện liên tục
Phương trình đặc tính cơ:
( do van bán dẫn có ΔUv = 1,9V nên ta có thể bỏ qua)
Từ phương trình ta thấy muốn điều chỉnh tốc độ trong hệ thống này ta
điều chỉnh bằng cách thay đổi góc α của van từ (0 – 180o) ta sẽ được các
đường đặc tính cơ là một họ các đường thẳng song song với nhau bố trí trên
βωω
dm
o
M−= minmin
minmin
minmin
oo
o
cps ω
ω
ω
ωω Δ=−=
βω
dm
cp
cp M
s
s
.
1
min
−=
( )
( ) 74,1151,01
56,11,056,1
15160
.1
..
min
max
=×−
××⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −
=⇒
−
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −
==
D
Ms
sM
D
dmcp
cp
dm
o ββω
ω
ω
( )
( ) Mk
R
k
U
M
k
R
k
UU
dmdm
do
dmdm
do
.
..
cos
.
..
cos
2
2
Φ−Φ=→
Φ−Φ
Δ−=
Σ
Σ
αω
αω
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
nửa mặt phẳng bên phải của hệ trục tọa độ {M,ω}. Những đặc tính đó không
tồn tại ở nửa mặt phẳng bên trái là do van không cho dòng phần ứng đổi
chiều.
Các đường thẳng cắt trục tung tại những điểm tương ứng với tốc độ
không tải lý tưởng:
dm
do
o k
U
Φ=
αω cos
Trong đó:
+ p: số xung áp đập mạch trong thời gian một chu kì điện áp nguồn.
p = m = 3 ( sơ đồ chỉnh lưu tia)
+ U2 = 204V: trị số hiệu dụng của điện áp pha thứ cấp máy biến áp.
+ U2m: trị số biên độ của điện áp pha thứ cấp máy biến áp.
U2m = 2 .U2f = 2 .206 = 291,3V
+ Udo: điện áp tải lớn nhất ứng với α = 0
Udo = U2m. Vp
p 9,240
3
sin.3.3,291sin. == ππ
π
π
⇒ Tốc độ không tải lý tưởng:
ααω cos176
37,1
cos.9,240 ==o
Từ đó ta có bảng sau:
α(o ) 0o 30o 60o 90o 120o 150o 180o
ωo=176cosα
(rad/s)
176 152 88 0 -88 -152 -176
2. Với dòng điện gián đoạn
Khi dòng điện phụ tải giảm đến trị số đủ nhỏ ( Id → 0) thì sẽ xuất hiện
dòng điện gián đoạn.
Để dựng đặc tính cơ ở trạng thái dòng gián đoạn:
+ Chọn góc điều khiển α cố định
+ Cho góc dẫn λ = ( 0 - 2π/p)
+ Tính ω dựa vào công thức: ( ) ( )( )
( )γλ
γλλγαγαγω
ctg
ctgU
k
oom
dm exp1
expsinsin.cos
.
.
1 2
−
×+−×−×
Φ=
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
+ Tính dòng điện phần ứng và suy ra M = k.φđm.Iư:
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Φ×−⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ +×= ωλλαλπ dmomu kUR
pI
22
sin
2
sin1.
2 2
Vì các đặc tính cơ ở trạng thái dòng gián đoạn là những đường
cong sát dốc nằm trong vùng elip nên việc tính toán để dựng các đặc
tính này rất phức tạp và nhiều khi không cần thiết.
Thực tế tính toán người ta thường xác định điểm giới hạn (Mblt; ωblt)
mà không cần dựng đặc tính trong vùng gián đoạn.
3. Trạng thái “biên liên tục”
Khi chuyển từ trạng thái dòng liên tục sang trạng thái dòng gián đoạn
hệ sẽ phải qua một trạng thái giới hạn đó là trạng thái “biên liên tục”.
Tọa độ tập hợp các điểm “ biên liên tục” (Mblt; ωblt) được xác định
như sau:
+ απππω sin.cossin.
2 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −×=
pp
p
L
UI
e
m
blt . Trong đó:
ωe = 2πf = 2π.50 = 100π (rad/s)
L: điện cảm tổng của mạch. L = Lba + Lư + LckL = 0,11H.
α
αππππ
sin75,2
sin
3
cos
3
sin3
11,0100
3,291
=⇒
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −×××=⇒
blt
blt
I
I
+ Mômen “biên liên tục”:
Mblt = k.φđm.Iblt = 1,37.2,75sinα
→ Mblt = 3,7sinα
+ Vì “biên liên tục” là trường hợp riêng của trạng thái liên tục nên ωblt
thỏa mãn phương trình:
dm
bltdo
blt k
IRU
Φ
−= Σ
.
.cosαω
Điện trở tổng của mạch: R∑ = Rba + Rư + RckL
→ R∑ = 1,03 + 1,205 + 0,13 = 2,9 Ω
αααω sin6,4cos176
37,1
sin75,23,2cos9,240 −=×−=⇒ blt
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
Từ đó ta có bảng:
α(o) 0o 30o 60o 90o 120o 150o 180o
Mblt = 4,1sinα
( N.m)
0 1,85 3,2 3,7 3,2 1,85 0
ωblt = 176cosα -
5sinα (rad/s) 176 150 84 - 4,6 - 92 - 155 - 176
4.3 Nhận xét
+ Độ cứng đặc tính cơ:
( )
8,0
3,2
37,1
.
2
2
==⇒
Φ=Δ
Δ=
Σ
β
ωβ R
kM dm
Ta thấy β < βTN nên đặc tính cơ của hệ mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên.
4.4 Đặc tính cơ ( hình vẽ).
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
ω(rad/s)
α = 0o
α = 30o
α = 60o
α = 90o
α = 120o
α = 150o
α = 180o
176
150
88
0
- 88
- 152
152
- 176
15 M (N.m)
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
CHƯƠNG V
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
5.1 Nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển
1. Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển
- Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi Tiristo, vì nó
đóng vai trò chủ yếu trong việc quyết định chất lượng và độ tin cậy của
bộ biến đổi. Nhiệm vụ của mạch điều khiển là tạo các xung vào ở
những thời điểm mong muốn để mở thông các Tiristo của bộ chỉnh
lưu. Tiristo chỉ mở cho dòng điện đi qua khi có điện áp dương đặt trên
anod và xung áp dương đặt vào cực điều khiển. Sau khi Tiristo mở thì
xung điều khiển không còn tác dụng, dòng điện chạy qua Tiristo do
thông số của mạch quyết định.
- Các mạch điều khiển Tiristo đều dựa theo nguyên lý thay đổi góc pha
để thực hiện việc điều chỉnh vị trí xung trong nửa chu kì dương của
điện áp đặt trên Tiristo và theo đó ta có nguyên lý thẳng đứng arccos
và nguyên lý thẳng đứng tuyến tính.
+ Nguyên lý thẳng đứng arccos: là phương pháp tạo góc α theo nguyên
tắc sau: tạo một điện áp tựa là điện áp cosin vượt trước điện áp anod
của Tiristo một góc α.
Nhược điểm của phương pháp này là góc α phụ thuộc vào dạng áp và
tần số lưới, do đó độ chính xác của góc điều khiển thấp nên ít được
dùng.
+ Nguyên lý thẳng đứng tuyến tính
Theo nguyên tắc này, điện áp tựa có dạng răng cưa ( Urc) đồng bộ với
điện áp đặt trên anod – catod Tiristo. Dùng điện áp một chiều (Uđk) so
sánh với điện áp tựa. Tại thời điểm điện áp tựa bằng điện áp điều
khiển, trong vùng điện áp dương anod thì phát xung điều khiển. Tiristo
được mở từ thời điểm có xung điều khiển đến khi dòng điện bằng 0.
Phương pháp này hiện nay được dùng phổ biến vì độ chính xác cao và
khoảng điều khiển rộng.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
Uđ
f
Urc
Uđ
k
Ud
Xđ
k
α1 α2 α3 α4 t0
Từ những nhận định đã nêu ở trên, ta chọn điều khiển Tiristo trong sơ
đồ chỉnh lưu là điều khiển theo nguyên tắc tuyến tính thẳng đứng.
2. Sơ đồ khối của mạch điều khiển
Để đáp ứng được yêu cầu ở trên thì mạch điều khiển cần có các khối
cơ bản sau:
a. Khâu đồng pha
Nhiệm vụ của khâu đồng pha là tạo điện áp tựa Urc có dạng răng cưa
tuyến tính đồng pha với điện áp anod của Tiristo.
- Để tạo điện áp tựa ta có thể sử dụng sơ đồ dùng Tranzitor và tụ hoặc
dùng sơ đồ bộ ghép quang. Với các sơ đồ này thì khi cần điều khiển
điện áp từ 0 đến cực đại là hoàn toàn có thể đáp ứng được nhưng việc
mở, khóa các Tranzitor trong vùng điện áp lân cận 0 là thiếu chính xác
làm cho việc nạp, xả tụ trong vùng điện áp lưới gần 0 không được như
ý muốn.
Điện áp
anod
Khâu đồng
pha
Khâu so
sánh
Khâu
khuếch đại
và tạo xung
Uđk
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
- Ta thấy khi ứng dụng các vi mạch vào thiết kế mạch đồng pha cho ta
chất lượng điện áp tốt và khắc phục được các nhược điểm của các sơ
đồ trên. Nên ta dùng KĐTT để tạo điện áp tựa trong khâu đồng pha
b. Khâu so sánh
Nhiệm vụ của khâu so sánh là nhận tín hiệu điện áp tựa và điện áp điều
khiển _ so sánh giữa hai điện áp này, tìm thời điểm hai điện áp bằng
nhau thì tại thời điểm đó phát xung ở đầu ra để gửi sang tầng khuếch
đại.
- Để xác định được thời điểm cần mở Tiristo ta phải so sánh hai tín hiệu
Urc và Uđk . Công việc đó có thể thực hiện bằng tranzitor nhưng sơ đồ
này lại ccó nhiều lúc thời điểm mở Tiristo bị lệch khá xa so với thời
điểm cần mở tại Uđk = Urc.
- Để khắc phục được nhược điểm của sơ đồ trên và đáp ứng được yêu
cầu của khâu so sánh ta dùng KĐTT. Vì các mạch so sánh dùng KĐTT
sẽ tăng độ nhạy, vì các phần tử đầu vào của KĐTT đều là tổ hợp của
nhiều Tranzitor silic nên sẽ có ngưỡng khởi động bé, sự trôi điểm
không bé. Hơn nữa KĐTT có hệ số khuếch đại vô cùng lớn nên chỉ cần
một tín hiệu nhỏ cỡ μV ở đầu vào thì đầu ra đã có điện áp nguồn nuôi.
Vì vậy việc ứng dụng KĐTT làm khâu so sánh là hợp lý.
Ưu điểm của các sơ đồ này là có thể phát xung điều khiển chính xác tại
Uđk = Urc
A3
Ura
R2Udk
R1Urc
A1
A2
R1
A
R2
Ur
R3
C1
C
D1
B
Tr1
U1
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
c. Khâu khuếch đại và tạo xung
- Khâu khuếch đại và tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp mở thông
Tiristo đồng thời trong những trường hợp cần thiết ( điện áp động lực
quá lớn ) còn đóng vai trò cách li giữa mạch điều khiển với mạch động
lực.
- Tầng khuếch đại cuối cùng được thiết kế bằng Tranzitor công suất có
ưu điểm là đơn giản nhưng hệ số khuếch đại của Tranzitor nhiều khi
không đủ lớn để khuếch đại được tín hiệu từ khâu so sánh đưa sang
nên không được sử dụng rộng rãi.
- Tầng khuếch đại cuối cùng bằng sơ đồ darlington thường được dùng
trong thực tế. Vì sơ đồ này hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu về
hệ số khuếch đại công suất, khi hệ số khuếch đại được nhân lên theo
từng thông số của các Tranzitor. Mặt khác để giảm nhỏ công suất tỏa
nhiệt Tranzitor và kích thước dây quấn sơ cấp biến áp xung chúng ta
có thể thêm tụ nối tầng (hình c).
Sơ đồ này Tranzitor chỉ mở được cho dòng điện chạy qua trong khoảng
thời gian nạp tụ nên dòng điện hiệu dụng của chúng bé hơn nhiều lần.
R
Uv
Tr
BAX
+E
D
Tr1
C
D
c.
R
Uv
Tr
BAX
+E
D
Tr1
b.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
⇒ Từ việc chọn các khâu cơ bản ta có mạch điều khiển hoàn chỉnh.
D3
UA
R1
A
A1
+
-
B
R2
R3
D1
Tr1
C
A2
-
+
C1
R5
A3
-
+
D
T
+12V
C2 R6
D2
T3
T2
R7
+12V
Sơ đồ một kênh điều khiển Tiristo
R4
Uđk
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
5.2 Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển
Điện áp vào điểm A (UA) có dạng hình sin trùng pha với điện á anod
của Tiristo, qua KĐTT A1 cho ta chuỗi xung CN đối xứng.
Phần điện áp dương của điện áp chữ nhất qua Diod D1 tới A2 tích phân
thành điện áp tựa Urc.Phần điện áp âm của điện áp CN làm mở thông
Tr1, kết quả A2 bị ngắn mạch (Urc = 0) trong vùng điện áp âm.Kết quả
trên đầu ra của KĐTT A2 cho ta chuỗi điện áp răng cưa Urc gián đoạn.
Điện áp Urc được so sánh với điện áp điều khiển Uđk tại đầu vào của A3.
Tổng đại số Urc + Uđk quyết định dấu điện áp đầu ra của KĐTT A3: nếu
Uđk > Urc: điện áp ra có điện áp âm,nếu Uđk và Urc lật ngược lại thì làm cho
điện áp lật lên dương.
UA
Urc Uđk
α1
UB
UD
t
t
t
t
Ud
t
α3 α4 α5 α2
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
5.3 Tính toán các thông số của mạch điều khiển
Các thông số cơ bản để tính mạch điều khiển:
+ Điện áp điều khiển Tiristo: Uđk = 1,4V
+ Dòng điện điều khiển Tiristo: Iđk = 120mA = 0,12A
+ Thời gian mở: tm = 100μs
+ Độ rộng xung điều khiển: tx =3tm = 300μs
+ Tần số xung điều khiển: kHz
t
f
x
x 3,310.300
11
6 === −
+ Độ mất đối xứng cho phép: Δα = 4os
+ Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: U = ± 12V
+ Mức sụt biên độ xung: Sx = 0,3
Việc tính toán mạch điều khiển thường được tiến hành từ tầng khuếch
đại ngược trở lên
1. Chọn tầng khuếch đại cuối cùng
Chọn Tranzitor công suất Tr loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung có
các thông số:
+ Điện áp giữa Colecto và Bazơ khi hở mạch Emito: UCBo = 40V.
+ Điện áp giữa Emito và Bazơ khi hở mạch colecto: UEBo = 4V.
+ Dòng điện lớn nhất ở Colecto có thể chịu đựng: ICmax =
500mA.
+ Công suất tiêu tán ở Colecto: Pc = 1,7W
+ Nhiệt độ lớn nhất ở mạch tiếp giáp: T1 = 175oC
+ Hệ số khuếch đại: β = 50.
+ Dòng làm việc của Colecto: IC2 = Iđk/ m = 0,12/3 = 0,04A
→ IC2 = 40mA.
+ Dòng làm việc của Bazơ:
- Tất cả các Diod trong mạch điều khiển đều
dùng loại 1N4009 có tham số:
+ Dòng điện định mức: Iđm = 10mA
+ Điện áp ngược lớn nhất: UN = 25V
+ Điện áp để Diod mở thông: Um = 1V.
mAII CB 8,050
402
2 === β
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
2. Chọn tầng so sánh
Chọn khuếch đại thuật toán (KĐTT) TL084 có các thông số sau:
+ Điện áp nguồn nuôi: Vcc = ±12V
+ Điện áp vào A3: Uv ≈ 12V.
+ Dòng điện vào được hạn chế để Ilv < 1mA.
+ Hiệu điện thế giữa hai đầu vào: +30V.
+ Nhiệt độ làm việc: T =-25o - 850
+ Công suất tiêu thụ: P = 680mW = 0,68W.
+ Tổng trở đầu vào: Rin = 106MΩ
+ Dòng điện đầu ra: Ira = 30pA.
+ Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: sV
dI
dU μ/13=
Ta chọn R4 = R5 = 15kΩ nên dòng vào A3:
mAIv 8,010.15
12
3max ==
3. Tính chọn khâu tạo điện áp răng cưa đồng pha
Điện áp tựa được hình thành do sự nạp của tụ C1, mặt khác để
đảm bảo điện áp tựa có trong một nửa chu kì điện áp lưới là tuyến tính
thì hằng số thời gian nạp tụ được là Trc = R2.C
Để cho các được răng cưa có đỉnh nhọn tại cuối các bán kì thì
Trc nên chọn Trc = (0,003 – 0,005)s. Ta chọn Trc = 0,005s
Chọn tụ C1 = 0,1μF. Ω=Ω===⇒ − kC
T
R rc 5010.50
10.1,0
005,0 3
6
1
3
Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp giáp mạch R3 thường chọn
là biến trở lớn hơn 50kΩ.
Chọn Tranzito Tr1 loại A 564 có các thông số:
Tranzito loại pnp, làm bằng Si
+ Điện áp giữa Colecto và Bazơ khi hở mạch Emito: UCBO = 25V.
+ Điện áp giữa Emito và Bazơ khi hở mạch Colecto:UBEO = 7V.
+ Dòng điện lớn nhất có thể chịu đựng được: Icmax = 100mA.
+ Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp: Tcp = 150oC.
+ Hệ số khuếch đại: β = 250.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
+ Dòng cực đại của Bazơ: .4,0
250
100
3 mA
I
I cB === β
Điện trở R2 để hạn chế dòng điện đi vào vùng Bazơ Tranzito Tr1 dược
chọn: Ω==≥ − kI
U
R
B
N 30
10.4,0
12
3
3
max
2
4. Chọn tụ C2 và R6
Điện trở R6 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào Bazơ của Tranzito Tr3,
chọn R6 thỏa mãn điều kiện: Ω==≥ − kI
UR
r
6,5
10.8,0
5,4
3
3
6
Chọn R6.C2 = tx = 300μs FC μ053,010.6,5
300
32 ==→
5. Tính toán máy biến áp xung, nguồn nuôi và đồng pha
∗ Tạo nguồn nuôi
Ta cần tạo ra nguồn điện áp +12V để cấp cho biến áp xung, nuôi IC,
các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ và điện áp đặt .
Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812
và 7912 có các thông số sau:
+ Điện áp đầu vào: Uv = ( 7- 35)V
+ Điện áp đầu ra: Ur = + 12V với IC7812 và Ur = -12V với IC7912.
+ Dòng điện đầu ra: Ira = ( 0 -1 )A.
Ta thiết kế máy biến áp dùng cho cả việc tạo điện áp xung, đồng pha
và tạo nguồn nuôi.
- Chọn Diod cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi
Chọn Diod loại K∏208A có các thông số:
+ Dòng điện định mức: Iđm = 1,5A
+ Điện áp ngược cực đại của Diod: UN = 100V.
Chọn máy biến áp ba pha ba trụ, trên mỗi trụ có 4 cuộn dây: 1 cuộn sơ
cấp và 3 cuộn thứ cấp.
Tụ C4, C5 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao.
Chọn C4 = C5 = C6 = C7 = 470μF, U = 35V.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
∗ Máy biến áp tạo nguồn nuôi
Mỗi kênh phải dùng 3 KĐTT.
Với 3 kênh điều khiển ta phải dùng: 3.3 = 9KĐTT.
Chọn 3IC loại TL084. Mỗi IC có 4KĐTT
+ Công suất tiêu thụ ở 3IC TL084 sử dụng làm KĐTT:
P3IC = 3PIC = 3.0,68 = 2,04W.
+ Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi
PN = P3IC = 2,04W
+ Điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi:
VU 54,8
34,2
20
21 == . Lấy U21 = 9V
220~
+12V
C
B
7812
A
C4
C5
C6
C7
7912
C8
(3-5)V
20V
-12V
+ 12V
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
+ Dòng điện thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi
A
U
PI N 13,0
93
04,2
3 21
21 =×==
∗ Máy biến áp xung
Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha dùng Diod
+ Điện áp thứ cấp máy biến áp xung: VU 13,5
34,2
12
22 ==
+ Công suất biến áp xung cấp cho cực điều khiển Tiristo
Pđk = 3.Uđk.Iđk = 3.1,4.0,12 = 0,504W.
+ Dòng điện thứ cấp biến áp xung
A
U
PI x 056,0
13,53
504,0
3 22
22 =×==
∗ Máy biến áp đồng pha
+ Điện áp thứ cấp máy biến áp đồng pha: U23 = ( 3 -5)V. Chọn U23 = 5V.
+ Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha: I23 = 1mA.
+ Công suất biến áp đồng pha
Pđph = 3U23.I23 = 3.5.10-3 = 0,015W.
∗ Công suất của máy biến áp có kể đến 5% tổn thất trong máy
S = 1,05(Px + Pđph + PN) = 1,05 (0,504 + 0,015 + 2,04)
→ S = 2,7VA
∗ Dòng điện sơ cấp máy biến áp
A
U
SI 3
1
1 10.1,42203
7,2
3
−=×==
6. Tiết diện trụ của máy biến áp
28,0
503
7,26
.
cm
fm
SkQ QT =××==
kQ = 6: hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
Chuẩn hóa tiết diện trụ: QT = 0,92cm2
a = 12mm
b = 10mm
c = 12mms
h = 30msm
C = 48mm
H = 42mm
7. Kết cấu dây quấn sơ cấp
- Số vòng dây cuộn thứ cấp
7989
10.92,035,15044,4
220
.44,4 4
1
1 =×××== −TQfB
UW vòng
Chọn mật độ từ cảm ở trong trụ: B = 1,35T
- Tiết diện dây quấn sơ cấp
2
11
1 0015,075,22203
7,2
.3
mm
JU
SS ≈××==
Chọn J1 = J2 = 2,75A/mm2
- Đường kính dây quấn sơ cấp
mmSd 043,00015,044 11 =×== ππ
Chuẩn hóa đường kính d1 = 0,1mm để đảm bảo độ bền cơ.
Đường kính kể cả cách điện: d1cđ = 0,12mm
8. Kết cấu dây quấn thứ cấp biến áp nguồn nuôi
- Số vòng dây thứ cấp biến áp nguồn nuôi
326
220
97989
1
21
121 =×== U
UWW vòng
- Tiết diện dây quấn thứ cấp biến áp nguồn nuôi
2
221
21 036,075,293
7,2
.3
mm
JU
SS =××==
c
hH
a
a
a
C
.Kích thước mạch từ biến áp
a
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
- Đường kính dây quấn thứ cấp biến áp nguồn nuôi
mmSd 21,0036,044 2121 =×== ππ
Chuẩn hóa đường kính d21 = 0,21mm
Đường kính kể cả cách điện: d21cđ = 0,24mm
9. Kết cấu dây quấn thứ cấp biến áp xung
- Số vòng dây thứ cấp biến áp xung
186
220
12,57989
1
22
122 =×== U
UWW vòng
- Tiết diện dây quấn thứ cấp biến áp xung
2
222
22 064,075,212,53
7,2
.3
mm
JU
SS =××==
- Đường kính dây quấn thứ cấp biến áp xung
mmSd 28,0064,044 2222 =×== ππ
Chuẩn hóa đường kính d22 = 0,29mm
Đường kính kể cả cách điện d22cđ = 0,33mm
10. Kết cấu dây quấn thứ cấp biến áp đồng pha
- Số vòng dây thứ cấp biến áp đồng pha
181
220
57989
1
23
123 =×== U
U
WW vòng.
- Tiết diện dây quấn thứ cấp biến áp đồng pha
2
223
23 065,075,253
7,2
.3
mm
JU
SS =××==
- Đường kính dây quấn thứ cấp biến áp đồng pha
mmSd 29,0065,044 2323 =×== ππ
Chuẩn hóa đường kính d23 = 0,29mm
Đường kính kể cả cách điện d23cđ = 0,33mm.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 68 Nguyễn Thị Kim Oanh – K10
CHƯƠNG VI
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỚI PHẢN HỒI ÂM TỐC ĐỘ
1. Đặc tính cơ của hệ chỉnh lưu động cơ với ωmax, ωmin
∗ Đặc tính cơ cao nhất ứng với ωmax
- Điện áp đặt lên phần ứng động cơ
Udmax = ωđm.kΦđm + Rư∑.Iđm
+ Tổng điện trở Rư∑ = Rba+Rư+Rdt = 2,9Ω
⇒Udmax = 150.1,37 + 2,9.12 = 240,3V
- Tốc độ không tải lý tưởng
srad
k
U d
o /17637,1
3,240
.
max ==Φ=ω
- Dòng điện ngắn mạch
A
R
UI
u
d
nm 839,2
3,240max ===
∑
- Sai số tốc độ
%4,14100
3,240
129,2.%
max
=××==Δ= ∑
d
dmu
o U
IR
s ω
ω
∗ Đặc tính cơ thấp nhất với ωmin
- Tốc độ thấp nhất cuối dải điều chỉnh
srad
D
/10
15
150max
min === ωω
- Điện áp đặt lên phần ứng động cơ
Udmin = ωmin.kΦ + Rư∑.Iđm
→ Udmin = 10.1,37 + 2,9.12 = 48,5 V.
- Tốc độ không tải lý tưởng
srad
k
U d
o /4,3537,1
5,48
.
min
min ==Φ=ω
- Dòng điện ngắn mạch
A
R
UI
u
d
nm 7,169,2
5,48min ===
∑
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 69 Nguyễn Thị Kim Oanh – K10
- Sai số tốc độ
%7,71
5,48
129,2.%
min
=×==Δ= ∑
d
dmu
o U
IR
s ω
ω
⇒ Ta thấy ở đặc tính cơ thấp nhất thì sai số tốc
độ rất lớn s% = 71,7% và dòng ngắn mạch
I nm =16,7A ≈ 1,4Iđm nên động cơ rất dễ bị quá
tải dẫn đến cháy. Mặt khác do có bộ biến đổi
nên nó làm giảm độ cứng đặc tính cơ tức là sai
số tốc độ tăng.
Vì vậy để mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ với độ chính xác cao
tức là với sai lệch thấp ta phải tăng độ cứng đặc tính cơ β của truyền
động điện. Vấn đề đó có thể giải quyết được bằng cách sử dụng các mạch
hồi tiếp để thiết lập hệ truyền động điện tự động vòng kín.
2. Hệ thống với phản hồi âm tốc độ
Dùng phản hồi âm tốc độ để nâng cao đường đặc tính.
Sơ đồ động lực:
I (A)12 16,70
10
35,4
150
167
ω (rad/s)
CA B
ƯT1 T2 T3
FT
Uph ω
U
đ
Uđ
k
α
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 70 Nguyễn Thị Kim Oanh – K10
Kh tốc độ động cơ thay đổi so với giá trị đặt, tín hiệu hồi tiếp sẽ thay đổi
một cách tỉ lệ, do đó điện áp Uđk biến đổi. Kết quả là góc mở van α thay
đổ và điện áp chỉnh lưu của bộ biến đổi được điều chỉnh theo hướng cần
thiết để duy trì giá trị đặt của tốc độ.
Phương trình đặc tính cơ khi có phản hồi âm tốc độ
M
k
kk
k
RR
k
kk
k
Uk
CL
uCL
CL
dCL .
.
.
1)(
.
.
1. 2 ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
Φ+Φ
+−
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
Φ+Φ
=
ωω
ω
- Chọn máy phát tốc TM với UđmFT = 60V, nFTđm = 2000vòng/phút.
- Hệ số chỉnh lưu
Ta có Uđk = (0 – 10)V. Chọn Uđkmax = 10V.
Udmax = Udo.cosα = Udo
→ Udmax = Ud + ΔUba + ΔUv = 220 + 15,4 +1,9 = 237,3V
73,23
10
3,237
max
max ===
dk
d
CL U
U
k
A4
-
+
D Uđk = ( 0 –
A5 -
+
Uđ = 10,5V
Ư
10V
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 71 Nguyễn Thị Kim Oanh – K10
- Điện áp đặt Uđ
Uđ = Uđk + Uphω ≤ 12V.
Ta chọn: Uđ = 10,5 V; Uphω = 10V.
- Thiết kê trong hệ kín với ΔωK = 1rad/s
- Điện trở chỉnh lưu: Ω=−=−= 44,1
12
2203,237
u
uCL
CL I
UU
R
Mặt khác ta có:
( )
051
115
371
7323
1371
2051441
1 22
,
/.
,
,
,
,,
.
.
=→
=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ×+
+=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
Φ+Φ
+=Δ
ω
ωω
ω
k
srad
k
M
k
kk
k
RR
CL
uCL
K
- Tốc độ không tải lý tưởng
srad
k
kkk
Uk
ω
ωCL
dCL
o /,
,
,,
,
,,
.
.
.
59
371
05173231371
5107323
Φ
1Φ
=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ×+
×=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ +
=
⇒ ωK = ωoK - ΔωK = 9,5 -1 = 8,5 rad/s
- Sai số tốc độ
%
,
% 10100
59
1100Δ =×=×=
oω
ωs
- Hệ số kω1: 043,0
2000
55,910
2 =×== ω
ω
ω
phUk
- Hệ số kω1: 22
047,0
05,1
2
1 ===
ω
ω
ω k
k
k
3. Hệ thống với phản hồi âm dòng điện
Ta thấy nếu tăng độ cứng đặc tính cơ để giảm sai số tốc độ thì đồng thời
dòng điện và mômen ngắn mạch cũng tăng lên, gây nguy hiểm đối với động
cơ và các thiết bị khác. Vì vậy nếu không có hình thức hạn chế dòng điện
một cách tự động thì các hệ này không sử dụng được.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 72 Nguyễn Thị Kim Oanh – K10
Muốn giảm dòng điện và mômen ngắn mạch ta phải tăng độ cứng đặc tính
cơ. Tuy nhiên để đảm bảo yêu cầu ổn định tốc độ trong phạm vi biến thiên
dòng điện cho phép của tải, ta chỉ giảm độ cứng khi dòng điện hoặc mômen
vượt quá một ngưỡng - điểm ngắt (Mng; ωng) hoặc (Ing; ωng).
Lúc này đặc tính cơ chia ra làm hai đoạn:
+ Đoạn 1: làm việc từ điểm không tải lý tưởng đến điểm ngắt
+ Đoạn 2: làm việc từ điểm ngắt đến điểm ngắn mạch.
Đặc tính này người ta gọi là đặc tính máy xúc.
Để thực hiện được ta phải dùng một khâu hồi tiếp âm dòng điện tác động
trên ngưỡng Ing.
Sơ đồ động lực:
Đối với phản hồi âm dòng điện ta cũng dùng bộ khuếch đại như đối với phản
hồi âm tốc độ.
Phương trình đặc tính cơ khi có phản hồi âm dòng điện:
uICLCLu
ee
dCL IkkRR
kk
Uk
)..(1
. ++Φ−Φ=ω
CA B
MĐK
BDRo
Ap
Ro Ro
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 73 Nguyễn Thị Kim Oanh – K10
Thường người ta lấy Ing = (1,1 -1,3)Iđm. Chọn Ing = 1,2Iđm = 1,2.12 = 14,4A
Và Inm = ( 1,5 – 2)Iđm. Chọn Inm = 2Iđm = 2.12 =24A.
Chọn máy biến dòng loại: BD 50/5
Dòng điện I2BD:
AII BD 710750
5
50
5
22 ,.. ===
Chọn Ro = 2Ω.
⇒ U2BD = Ro.I2BD = 2.0,7 = 1,4V.
Có: Udo = KCL.U2BD = 1,17 .1,4 = 1,638A.( K = 1,17 _ CL tia 3 pha)
Chọn UPHI = 1V.
Hệ số phản hồi dòng điện:
040
12
1
1 ,
−
===
I
Uk PHII
Tốc độ không tải lý tưởng:
srad
k
Uk
ω dCLo /,
,, 182
371
5107323
Φ
=×==
Theo yêu cầu của đề bài thì tọa độ điểm ngắt N(Ing; ωng) phải thỏa mãn
phương trình:
srad
I
k
kk
k
RR
k
kk
k
Uk
ng
ng
e
CL
uCL
e
CL
e
dCL
ng
/84,14
37,1
05,173,23
137,1
205,144,1
37,1
05,173,23
137,1
5,1073,23
.
1
.
1
.
=×
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ×+
+−
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ×+
×=→
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
Φ+Φ
+−
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
Φ+Φ
=
ω
ω
ωω
→ Tọa độ điểm ngắt N ( Ing = 14,4A; ωng = 8rad/s).
Mặt khác điểm N cũng phải thỏa mãn:
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT
Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 74 Nguyễn Thị Kim Oanh – K10
sradωωωωωω
IkkRR
kk
Uk
ω
ngoKKong
CLICL
dCL
ng
/
)..( −−
1748182ΔΔ
Φ
1
Φ
=−=−=⇒−=→
++−=
Nên ta có: độ sụt tốc ΔωK
720
14712
371
73232051441
Φ
Δ
,
/
,
,,,
.
.
−
−
=→
=××++=++=
I
ICLPHICL
K
k
sradkI
k
kkRR
ω
Hệ số: 9
080
720
1
2 === ,
,
I
I
I k
kk
⇒ Đặc tính cơ khi dùng phản hồi.
ω(rad/s)
9,5
8,5
8
0 12 14,4 24
I(A)
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- thiet_ke_dong_co_dieu_khien_cl_d_0767.pdf