Xem mẫu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ĐOÀN VĂN ĐIỆN
ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
VÀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
HƯNG YÊN 2017
1
MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................................. 2
PHẦN 1- ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ............................................................................................ 5
Chương 1 CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN .............................................. 6
1.1. NHIỆM VỤ CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT .................................................................. 6
1.2. CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN ................................................... 6
1.2.1. Diode công suất ....................................................................................................... 6
1.2.2. Transistor công suất .............................................................................................. 10
1.2.3. Thyristor (SCR-Silicon Controlled Rectifier) ....................................................... 18
1.2.4. Triac (Triode Alternative Current) ........................................................................ 25
1.2.5. GTO (GATE TURN-OFF Thyristor) .................................................................. 27
1.2.6. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transitor) ............................................................. 28
1.2.7. IGTC (Integrated Gate Commutated Thyristor).................................................... 29
1.2.8. MCT (MOS CONTROLLED THYRISTOR) ....................................................... 30
1.2.9. MTO (MOS TURN OFF THYRISTOR) .............................................................. 31
1.2.10. ETO (EMITTER TURN OFF THYRISTOR) .................................................... 32
1.2.11. Khả năng hoạt động của các linh kiện................................................................. 34
Chương 2. CHỈNH LƯU DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU ......................................................... 35
2.1. PHÂN BIỆT SƠ ĐỒ MẠCH CHỈNH LƯU, LUẬT ĐÓNG MỞ VAN ...................... 35
2.1.1. Phân biệt sơ đồ mạch chỉnh lưu ............................................................................ 35
2.1.2. Nguyên lí làm việc, luật đóng mở van .................................................................. 36
2.2. CHỈNH LƯU HÌNH TIA .............................................................................................. 39
2.2.1. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha không và có điều khiển .................................... 39
2.2.2. Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không và có điều khiển....................................... 41
2.3. MẠCH CHỈNH LƯU HÌNH CẦU ............................................................................... 42
2.3.1. Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không và có điều khiển................................... 42
2.3.2. Mạch chỉnh lưu hình cầu ba pha không và có điều khiển ..................................... 44
2.4. CÁC MẠCH CHỈNH LƯU BÁN ĐIỀU KHIỂN ......................................................... 47
2.4.1. Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha ......................................................................... 47
2.4.2. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha ................................................................................... 48
Chương 3. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN MỘT CHIỀU ................................... 51
3.1. KHÁI QUÁT CHUNG ................................................................................................. 51
3.2. BỘ ĐIỀU CHỈNH XUNG ÁP MỘT CHIỀU NỐI TIẾP ............................................. 53
3.3. MẠCH XUNG ÁP SONG SONG ................................................................................ 55
3.4. BỘ ĐIỀU CHỈNH XUNG ÁP 1 CHIỀU HỖN HỢP ................................................... 56
3.5. MỘT SỐ SƠ ĐỒ XUNG ÁP MỘT CHIỀU KHÁC .................................................... 57
3.5.1. Sơ đồ xung áp loại B ............................................................................................. 58
3.5.2. Sơ đồ xung áp có đảo chiều................................................................................... 61
Chương4. ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU ........................................................................................ 69
4.1. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA ................................................. 69
4.1.1. Sơ đồ nguyên lý..................................................................................................... 69
4.1.2. Nguyên lý làm việc ............................................................................................... 69
4.1.3. Chế độ dòng tải ..................................................................................................... 70
4.2. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 3 PHA ........................................................ 71
4.2.1. Trường hợp tải thuần trở đối xứng ........................................................................ 72
4.2.2. Trường hợp tải thuần cảm đối xứng ..................................................................... 73
4.2.3. Trường hợp tải điện trở và điện cảm ..................................................................... 74
Chương 5.NGHỊCH LƯU VÀ BIẾN TẦN .............................................................................. 76
5.1. THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI DÒNG ĐIỆN MỘT PHA ......................................................... 76
5.2. BBĐ MCXC NGUỒN ÁP 3 PHA ................................................................................ 76
5.3. THIẾT BỊ BIẾN TẦN BA PHA GIÁN TIẾP .............................................................. 77
2
5.3.1. Khái niệm chung ................................................................................................... 77
5.3.2. Biến tần gián tiếp 3 pha nguồn áp ......................................................................... 78
5.3.2. Biến tần gián tiếp 3 pha nguồn dòng ..................................................................... 79
5.4. BIẾN TẦN TRỰC TIẾP ............................................................................................... 81
Chương 6.NGUYÊN TẮC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI........................ 84
6.1. CÁC NGUYÊN TẮC VÀ CÁC KHÂU ĐIỀU KHIỂN ............................................... 84
6.1.1. Các nguyên tắc điều khiển .................................................................................... 84
6.1.2. Khuếch đại và biến đổi xung điều khiển ............................................................... 86
6.2. MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .................................................................................. 86
6.2.1. Mạch điều khiển bộ chỉnh lưu ............................................................................... 86
6.2.2. Mạch điều khiển bộ điều áp xoay chiều ................................................................ 86
PHẦN 2 - TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN........................................................................................ 101
Chương 1. KHÁI NIỆM, CƠ SỞ ĐỘNG HỌC VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA HỆ THỐNG
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ......................................................................................................... 101
1.1. CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG .. 101
1.1.1. Cấu trúc của hệ thống truyền động điện tự động ................................................ 101
1.1.2. Phân loại hệ thống truyền động điện tự động...................................................... 101
1.2. CƠ SỞ ĐỘNG HỌC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ............ 102
1.2.1. Đặc tính cơ của động cơ điện .............................................................................. 102
1.2.2. Đặc tính cơ của máy sản xuất .............................................................................. 103
1.2.3. Trạng thái làm việc của hệ truyền động điện tự động ......................................... 104
1.2.4. Quy đổi các đại lượng cơ học.............................................................................. 105
1.2.5. Phương trình động học của hệ TĐĐ TĐ ............................................................. 107
1.2.6. Điều kiện ổn định tĩnh của hệ truyền động điện tự động .................................... 107
1.2.7. Các đặc tính của động cơ điện............................................................................. 108
1.3. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP ......... 109
1.3.1. Phương trình đặc tính cơ - ảnh hưởng của các tham số ...................................... 110
1.3.2. Vẽ các đặc tính cơ ............................................................................................... 115
1.3.3. Tính toán điện trở khởi động ............................................................................... 117
1.3.4. Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm .................................................................. 117
1.4. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ NỐI TIẾP .......... 122
1.4.1. Phương trình đặc tính cơ và cách vẽ ................................................................... 122
1.4.2. Tính toán điện trở khởi động ............................................................................... 126
1.4.3. Các trạng thái hãm của động cơ kích từ nối tiếp ................................................. 126
1.5. ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ KĐB .............................................................................. 128
1.5.1. Phương trình đặc tính cơ ..................................................................................... 128
1.5.2. Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ ...................................................... 131
1.5.3. Khởi động và cách xác định điện trở khởi động ................................................. 133
1.5.4. Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm .................................................................. 134
1.6. ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ ..................................................................... 140
1.6.1. Các đặc tính động cơ đồng bộ ............................................................................. 140
1.6.2. Khởi động và hãm động cơ đồng bộ ................................................................... 143
CHƯƠNG 2. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .............................. 146
2.1. VẤN ĐỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ VÀ CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG
TĐĐ ................................................................................................................................... 146
2.1.1. Các định nghĩa ......................................................................................................... 146
2.1.2. Các chỉ tiêu chất lượng ............................................................................................ 148
2.2. CÁC NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH ............................................................................ 149
2.2.1. Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMĐL bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của
động cơ .......................................................................................................................... 149
2.2.2. Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi từ thông kích từ của
động cơ: ......................................................................................................................... 151
3
2.2.3. Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch
phần ứng: ....................................................................................................................... 151
2.3. CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH ............................................................................... 152
2.3.1. Hệ Máy phát - Động cơ một chiều (F-Đ) ............................................................ 152
2.3.2. Hệ Chỉnh lưu - Động cơ một chiều ..................................................................... 155
2.3.3. Các hệ TĐ điều chỉnh xung áp - động cơ ĐC ..................................................... 157
2.3.4. Đặc tính cơ .......................................................................................................... 158
2.4. ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TĐĐ MỘT CHIỀU ...................................... 159
2.4.1. Điều chỉnh Eb theo dòng tải................................................................................. 159
2.4.2. Điều chỉnh Eb theo điện áp phần ứng .................................................................. 161
2.4.3 Điều chỉnh Eb theo tốc độ ..................................................................................... 161
Chương 3. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ.................................. 163
3.1. NGUYÊN LÝ CHUNG .............................................................................................. 163
3.2 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN TRỞ MẠCH ROTOR ............................................................... 163
3.3. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP ĐỘNG CƠ ......................................................................... 165
3.4. ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TRƯỢT PS ................................................................. 171
3.5. ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ CỦA NGUỒN CẤP CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
........................................................................................................................................... 173
3.5.1. Điều chỉnh tần số - điện áp .................................................................................. 173
3.5.2. Các bộ biến đổi tần số điện áp ............................................................................ 175
Chương 4. CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ........................................................................ 178
4.1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG....................................................................................... 178
4.1.1. Đặt vấn đề............................................................................................................ 178
4.1.2. Phát nóng và làm nguội động cơ điện ................................................................. 178
4.1.3. Phân loại chế độ làm việc của truyền động điện ................................................. 180
4.2. CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO NHỮNG TRUYỀN ĐỘNG KHÔNG ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ ............................................................................................................... 182
4.2.1.Chọn động cơ làm việc dài hạn ............................................................................ 182
4.2.2. Chọn công suất động cơ cho phụ tải ngắn hạn lặp lại ......................................... 182
4.3. CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG CÓ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ...................................................................................................................................... 183
4.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM NGHIỆM CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ........................ 184
4
PHẦN 1- ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
MỞ ĐẦU
Điện tử công suất là một chuyên ngành của điện tử học nghiên cứu và ứng dụng các
phần tử bán dẫn công suất trong sơ đồ các bộ biến đổi nhằm biến đổi và khống chế nguồn
năng lượng điện với các tham số có thể thay đổi được, cung cấp cho các phụ tải điện.
Theo nghĩa rộng, nhiệm vụ của điện tử công suất là sử lý và điều khiển dòng năng
lượng điện bằng cách cung cấp điện áp và dòng điện ở dạng thích hợp cho các tải. Tải sẽ
quyết định các thông số về điện áp, dòng điện, tần số, và số pha tại đầu ra của bộ biến đổi.
Thông thường, một bộ điều khiển có hồi tiếp sẽ theo dõi đầu ra của bộ biến đổi và cực tiểu
hóa sai lệch giữa giá trị thực của ngõ ra và giá trị mong muốn (hay giá trị đặt).
Các bộ biến đổi bán dẫn là đối tượng nghiên cứu cơ bản của điện tử công suất. Trong
các bộ biến đổi các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng như những khóa bán dẫn, còn gọi
là van bán dẫn, khi mở dẫn dòng thì nối tải vào nguồn, khi khóa thì không cho dòng điện chạy
qua. Khác với các phần tử có tiếp điểm, các van bán dẫn thực hiện đóng cắt dòng điện mà
không gây nên tia lửa điện, không bị mài mòn theo thời gian.Tuy có thể đóng ngắt các dòng
điện lớn nhưng các phần tử bán dẫn công suất lại được điều khiển bởi các tín hiệu điện công
suất nhỏ, tạo bởi các mạch điện tử công suất nhỏ. Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào
các sơ đồ của bộ biến đổi và phụ thuộc vào cách thức điều khiển các van trong bộ biến đổi.
Như vậy quá trình biến đổi năng lượng được thực hiện với hiệu suất cao vì tổn thất trong bộ
biến đổi chỉ là tổn thất trên các khóa điện tử, không đáng kể so với công suất điện cần biến
đổi.Không những đạt được hiệu suất cao mà các bộ biến đổi còn có khả năng cung cấp cho
phụ tải nguồn năng lượng với các đặc tính theo yêu cầu, đáp ứng các quá trình điều chỉnh,
điều khiển trong một thời gian ngắn nhất, với chất lượng phù hợp trong các hệ thống tự động
hoặc tự động hóa. Đây là đặc tính mà các bộ biến đổi có tiếp điểm hoặc kiểu điện từ không
thể có được.
Với đối tượng nghiên cứu là các bộ biến đổi bán dẫn công suất, Điện tử công suất còn
có tên gọi là "Kỹ thuật biến đổi điện năng". Để phân biệt với các chuyên ngành khác của kỹ
thuật điện tử liên quan đến quá trình xử lý tín hiệu với mức điện áp thấp và dòng điện nhỏ,
Điện tử công suất còn được gọi là "Kỹ thuật dòng điện lớn". Tuy nhiên Điện tử công suất
cũng nghiên cứu các sơ đồ mạch điều khiển các van bán dẫn công suất bằng các phần tử bán
dẫn công suất nhỏ, vì vậy các tên gọi trên đây chỉ phản ánh một phần phạm vi nghiên cứu của
lĩnh vực này.
Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện
đại. Có thể kể đến các ngành kỹ thuật mà trong đó có những ứng dụng tiêu biểu của các bộ
biến đổi bán dẫn công suất như truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia
nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, các quá trình điện phân trong công nghiệp hóa
chất, trong rất nhiều các thiết bị công nghiệp và dân dụng khác nhau...Trong những năm gần
đây công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn công suất đã có những tiến bộ vượt bậc và ngày
càng trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo các bộ biến dổi ngày càng nhỏ gọn, nhiều tính
năng và sử dụng ngày càng dễ dàng hơn.
5
nguon tai.lieu . vn
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ĐOÀN VĂN ĐIỆN
ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
VÀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
HƯNG YÊN 2017
1
MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................................. 2
PHẦN 1- ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ............................................................................................ 5
Chương 1 CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN .............................................. 6
1.1. NHIỆM VỤ CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT .................................................................. 6
1.2. CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN ................................................... 6
1.2.1. Diode công suất ....................................................................................................... 6
1.2.2. Transistor công suất .............................................................................................. 10
1.2.3. Thyristor (SCR-Silicon Controlled Rectifier) ....................................................... 18
1.2.4. Triac (Triode Alternative Current) ........................................................................ 25
1.2.5. GTO (GATE TURN-OFF Thyristor) .................................................................. 27
1.2.6. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transitor) ............................................................. 28
1.2.7. IGTC (Integrated Gate Commutated Thyristor).................................................... 29
1.2.8. MCT (MOS CONTROLLED THYRISTOR) ....................................................... 30
1.2.9. MTO (MOS TURN OFF THYRISTOR) .............................................................. 31
1.2.10. ETO (EMITTER TURN OFF THYRISTOR) .................................................... 32
1.2.11. Khả năng hoạt động của các linh kiện................................................................. 34
Chương 2. CHỈNH LƯU DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU ......................................................... 35
2.1. PHÂN BIỆT SƠ ĐỒ MẠCH CHỈNH LƯU, LUẬT ĐÓNG MỞ VAN ...................... 35
2.1.1. Phân biệt sơ đồ mạch chỉnh lưu ............................................................................ 35
2.1.2. Nguyên lí làm việc, luật đóng mở van .................................................................. 36
2.2. CHỈNH LƯU HÌNH TIA .............................................................................................. 39
2.2.1. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha không và có điều khiển .................................... 39
2.2.2. Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không và có điều khiển....................................... 41
2.3. MẠCH CHỈNH LƯU HÌNH CẦU ............................................................................... 42
2.3.1. Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không và có điều khiển................................... 42
2.3.2. Mạch chỉnh lưu hình cầu ba pha không và có điều khiển ..................................... 44
2.4. CÁC MẠCH CHỈNH LƯU BÁN ĐIỀU KHIỂN ......................................................... 47
2.4.1. Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha ......................................................................... 47
2.4.2. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha ................................................................................... 48
Chương 3. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN MỘT CHIỀU ................................... 51
3.1. KHÁI QUÁT CHUNG ................................................................................................. 51
3.2. BỘ ĐIỀU CHỈNH XUNG ÁP MỘT CHIỀU NỐI TIẾP ............................................. 53
3.3. MẠCH XUNG ÁP SONG SONG ................................................................................ 55
3.4. BỘ ĐIỀU CHỈNH XUNG ÁP 1 CHIỀU HỖN HỢP ................................................... 56
3.5. MỘT SỐ SƠ ĐỒ XUNG ÁP MỘT CHIỀU KHÁC .................................................... 57
3.5.1. Sơ đồ xung áp loại B ............................................................................................. 58
3.5.2. Sơ đồ xung áp có đảo chiều................................................................................... 61
Chương4. ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU ........................................................................................ 69
4.1. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA ................................................. 69
4.1.1. Sơ đồ nguyên lý..................................................................................................... 69
4.1.2. Nguyên lý làm việc ............................................................................................... 69
4.1.3. Chế độ dòng tải ..................................................................................................... 70
4.2. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 3 PHA ........................................................ 71
4.2.1. Trường hợp tải thuần trở đối xứng ........................................................................ 72
4.2.2. Trường hợp tải thuần cảm đối xứng ..................................................................... 73
4.2.3. Trường hợp tải điện trở và điện cảm ..................................................................... 74
Chương 5.NGHỊCH LƯU VÀ BIẾN TẦN .............................................................................. 76
5.1. THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI DÒNG ĐIỆN MỘT PHA ......................................................... 76
5.2. BBĐ MCXC NGUỒN ÁP 3 PHA ................................................................................ 76
5.3. THIẾT BỊ BIẾN TẦN BA PHA GIÁN TIẾP .............................................................. 77
2
5.3.1. Khái niệm chung ................................................................................................... 77
5.3.2. Biến tần gián tiếp 3 pha nguồn áp ......................................................................... 78
5.3.2. Biến tần gián tiếp 3 pha nguồn dòng ..................................................................... 79
5.4. BIẾN TẦN TRỰC TIẾP ............................................................................................... 81
Chương 6.NGUYÊN TẮC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI........................ 84
6.1. CÁC NGUYÊN TẮC VÀ CÁC KHÂU ĐIỀU KHIỂN ............................................... 84
6.1.1. Các nguyên tắc điều khiển .................................................................................... 84
6.1.2. Khuếch đại và biến đổi xung điều khiển ............................................................... 86
6.2. MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .................................................................................. 86
6.2.1. Mạch điều khiển bộ chỉnh lưu ............................................................................... 86
6.2.2. Mạch điều khiển bộ điều áp xoay chiều ................................................................ 86
PHẦN 2 - TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN........................................................................................ 101
Chương 1. KHÁI NIỆM, CƠ SỞ ĐỘNG HỌC VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA HỆ THỐNG
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ......................................................................................................... 101
1.1. CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG .. 101
1.1.1. Cấu trúc của hệ thống truyền động điện tự động ................................................ 101
1.1.2. Phân loại hệ thống truyền động điện tự động...................................................... 101
1.2. CƠ SỞ ĐỘNG HỌC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ............ 102
1.2.1. Đặc tính cơ của động cơ điện .............................................................................. 102
1.2.2. Đặc tính cơ của máy sản xuất .............................................................................. 103
1.2.3. Trạng thái làm việc của hệ truyền động điện tự động ......................................... 104
1.2.4. Quy đổi các đại lượng cơ học.............................................................................. 105
1.2.5. Phương trình động học của hệ TĐĐ TĐ ............................................................. 107
1.2.6. Điều kiện ổn định tĩnh của hệ truyền động điện tự động .................................... 107
1.2.7. Các đặc tính của động cơ điện............................................................................. 108
1.3. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP ......... 109
1.3.1. Phương trình đặc tính cơ - ảnh hưởng của các tham số ...................................... 110
1.3.2. Vẽ các đặc tính cơ ............................................................................................... 115
1.3.3. Tính toán điện trở khởi động ............................................................................... 117
1.3.4. Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm .................................................................. 117
1.4. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ NỐI TIẾP .......... 122
1.4.1. Phương trình đặc tính cơ và cách vẽ ................................................................... 122
1.4.2. Tính toán điện trở khởi động ............................................................................... 126
1.4.3. Các trạng thái hãm của động cơ kích từ nối tiếp ................................................. 126
1.5. ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ KĐB .............................................................................. 128
1.5.1. Phương trình đặc tính cơ ..................................................................................... 128
1.5.2. Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ ...................................................... 131
1.5.3. Khởi động và cách xác định điện trở khởi động ................................................. 133
1.5.4. Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm .................................................................. 134
1.6. ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ ..................................................................... 140
1.6.1. Các đặc tính động cơ đồng bộ ............................................................................. 140
1.6.2. Khởi động và hãm động cơ đồng bộ ................................................................... 143
CHƯƠNG 2. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .............................. 146
2.1. VẤN ĐỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ VÀ CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG
TĐĐ ................................................................................................................................... 146
2.1.1. Các định nghĩa ......................................................................................................... 146
2.1.2. Các chỉ tiêu chất lượng ............................................................................................ 148
2.2. CÁC NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH ............................................................................ 149
2.2.1. Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMĐL bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của
động cơ .......................................................................................................................... 149
2.2.2. Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi từ thông kích từ của
động cơ: ......................................................................................................................... 151
3
2.2.3. Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch
phần ứng: ....................................................................................................................... 151
2.3. CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH ............................................................................... 152
2.3.1. Hệ Máy phát - Động cơ một chiều (F-Đ) ............................................................ 152
2.3.2. Hệ Chỉnh lưu - Động cơ một chiều ..................................................................... 155
2.3.3. Các hệ TĐ điều chỉnh xung áp - động cơ ĐC ..................................................... 157
2.3.4. Đặc tính cơ .......................................................................................................... 158
2.4. ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TĐĐ MỘT CHIỀU ...................................... 159
2.4.1. Điều chỉnh Eb theo dòng tải................................................................................. 159
2.4.2. Điều chỉnh Eb theo điện áp phần ứng .................................................................. 161
2.4.3 Điều chỉnh Eb theo tốc độ ..................................................................................... 161
Chương 3. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ.................................. 163
3.1. NGUYÊN LÝ CHUNG .............................................................................................. 163
3.2 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN TRỞ MẠCH ROTOR ............................................................... 163
3.3. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP ĐỘNG CƠ ......................................................................... 165
3.4. ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TRƯỢT PS ................................................................. 171
3.5. ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ CỦA NGUỒN CẤP CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
........................................................................................................................................... 173
3.5.1. Điều chỉnh tần số - điện áp .................................................................................. 173
3.5.2. Các bộ biến đổi tần số điện áp ............................................................................ 175
Chương 4. CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ........................................................................ 178
4.1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG....................................................................................... 178
4.1.1. Đặt vấn đề............................................................................................................ 178
4.1.2. Phát nóng và làm nguội động cơ điện ................................................................. 178
4.1.3. Phân loại chế độ làm việc của truyền động điện ................................................. 180
4.2. CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO NHỮNG TRUYỀN ĐỘNG KHÔNG ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ ............................................................................................................... 182
4.2.1.Chọn động cơ làm việc dài hạn ............................................................................ 182
4.2.2. Chọn công suất động cơ cho phụ tải ngắn hạn lặp lại ......................................... 182
4.3. CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG CÓ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ...................................................................................................................................... 183
4.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM NGHIỆM CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ........................ 184
4
PHẦN 1- ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
MỞ ĐẦU
Điện tử công suất là một chuyên ngành của điện tử học nghiên cứu và ứng dụng các
phần tử bán dẫn công suất trong sơ đồ các bộ biến đổi nhằm biến đổi và khống chế nguồn
năng lượng điện với các tham số có thể thay đổi được, cung cấp cho các phụ tải điện.
Theo nghĩa rộng, nhiệm vụ của điện tử công suất là sử lý và điều khiển dòng năng
lượng điện bằng cách cung cấp điện áp và dòng điện ở dạng thích hợp cho các tải. Tải sẽ
quyết định các thông số về điện áp, dòng điện, tần số, và số pha tại đầu ra của bộ biến đổi.
Thông thường, một bộ điều khiển có hồi tiếp sẽ theo dõi đầu ra của bộ biến đổi và cực tiểu
hóa sai lệch giữa giá trị thực của ngõ ra và giá trị mong muốn (hay giá trị đặt).
Các bộ biến đổi bán dẫn là đối tượng nghiên cứu cơ bản của điện tử công suất. Trong
các bộ biến đổi các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng như những khóa bán dẫn, còn gọi
là van bán dẫn, khi mở dẫn dòng thì nối tải vào nguồn, khi khóa thì không cho dòng điện chạy
qua. Khác với các phần tử có tiếp điểm, các van bán dẫn thực hiện đóng cắt dòng điện mà
không gây nên tia lửa điện, không bị mài mòn theo thời gian.Tuy có thể đóng ngắt các dòng
điện lớn nhưng các phần tử bán dẫn công suất lại được điều khiển bởi các tín hiệu điện công
suất nhỏ, tạo bởi các mạch điện tử công suất nhỏ. Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào
các sơ đồ của bộ biến đổi và phụ thuộc vào cách thức điều khiển các van trong bộ biến đổi.
Như vậy quá trình biến đổi năng lượng được thực hiện với hiệu suất cao vì tổn thất trong bộ
biến đổi chỉ là tổn thất trên các khóa điện tử, không đáng kể so với công suất điện cần biến
đổi.Không những đạt được hiệu suất cao mà các bộ biến đổi còn có khả năng cung cấp cho
phụ tải nguồn năng lượng với các đặc tính theo yêu cầu, đáp ứng các quá trình điều chỉnh,
điều khiển trong một thời gian ngắn nhất, với chất lượng phù hợp trong các hệ thống tự động
hoặc tự động hóa. Đây là đặc tính mà các bộ biến đổi có tiếp điểm hoặc kiểu điện từ không
thể có được.
Với đối tượng nghiên cứu là các bộ biến đổi bán dẫn công suất, Điện tử công suất còn
có tên gọi là "Kỹ thuật biến đổi điện năng". Để phân biệt với các chuyên ngành khác của kỹ
thuật điện tử liên quan đến quá trình xử lý tín hiệu với mức điện áp thấp và dòng điện nhỏ,
Điện tử công suất còn được gọi là "Kỹ thuật dòng điện lớn". Tuy nhiên Điện tử công suất
cũng nghiên cứu các sơ đồ mạch điều khiển các van bán dẫn công suất bằng các phần tử bán
dẫn công suất nhỏ, vì vậy các tên gọi trên đây chỉ phản ánh một phần phạm vi nghiên cứu của
lĩnh vực này.
Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện
đại. Có thể kể đến các ngành kỹ thuật mà trong đó có những ứng dụng tiêu biểu của các bộ
biến đổi bán dẫn công suất như truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia
nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, các quá trình điện phân trong công nghiệp hóa
chất, trong rất nhiều các thiết bị công nghiệp và dân dụng khác nhau...Trong những năm gần
đây công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn công suất đã có những tiến bộ vượt bậc và ngày
càng trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo các bộ biến dổi ngày càng nhỏ gọn, nhiều tính
năng và sử dụng ngày càng dễ dàng hơn.
5