- Trang Chủ
- Điện - Điện tử
- Giáo trình Truyền động điện (Nghề: Cơ điện tử - Cao đẳng): Phần 1 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội
Xem mẫu
- ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI
BÙI VĂN CÔNG (Chủ biên)
NGUYỄN ANH DŨNG – LƯU HUY HẠNH
GIÁO TRÌNH TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Nghề: Cơ điện tử
Trình độ: Cao đẳng
(Lưu hành nội bộ)
Hà Nội - Năm 2019
- LỜI NÓI ĐẦU
Giáo trình Truyền động điện được biên soạn nhằm đáp ứng nhu cầu giảng dạy
và học tập của Giảng viên, Sinh viên trường Cao đẳng nghề Việt Nam – Hàn Quốc
thành phố Hà Nội.. Nội dung giáo trình mang tính lôgic về kiến thức của toàn bộ
chương trình đào tạo, đồng thời hướng tới mục tiêu hình thành và phát triển năng lực
thực hiện hoạt động nghề nghiệp cho người học. Dạy học tích hợp được lựa chọn
trong giáo trình nhằm tạo ra các tình huống liên kết tri thức các môn học, đó là cơ
hội phát triển các năng lực của sinh viên. Khi xây dựng các tình huống vận dụng kiến
thức người học sẽ phát huy được năng lực tự lực, phát triển tư duy sáng tạo (kiến
thức, kỹ năng, và thái độ nghề nghiệp). Giáo trình được trình bày với 3 bài, đi từ lý
thuyết cơ sở đến thực hành những kiến thức cơ bản. Đặc biệt trong nội dung giáo
trình đã giới thiệu được những nội dung thực hành cơ bản của lĩnh vực truyền động
điện, đi từ các truyền động điện hệ hở tới truyền động điện hệ kín. Giới thiệu cơ bản
về các bộ biến đổi AC, DC bán dẫn thế hệ mới, kết hợp với các động cơ cho những
hệ thống truyền động điện hiện đại.
Mặc dù nhóm biên soạn đã cố gắng phát triển giáo trình sao cho phù hợp và
hiệu quả nhất với sinh viên cao đẳng nghề Cơ điện tử, nhưng chắc chắn vẫn còn
nhiều thiếu sót.
Chúng tôi mong nhận được những ý kiến đóng góp của bạn đọc và đồng nghiệp
để giáo trình hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày..... tháng....năm 2019
Chủ biên: Bùi Văn Công
1
- MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................... 1
MỤC LỤC ................................................................................................................. 2
GIÁO TRÌNH TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ............................................................ 3
Bài 1 ....................................................................................................................... 6
Các bộ biến đổi ..................................................................................................... 6
1.1. Bộ biến đổi mức điện áp (hay dòng điện) xoay chiều ................................ 6
1.2. Bộ biến đổi loại dòng điện: xoay chiều thành một chiều.......................... 13
1.3. Bộ biến đổi dòng điện: xoay chiều – xoay chiều ...................................... 24
1.4. Bộ biến đổi dòng điện một chiều .............................................................. 35
Bài 2 ..................................................................................................................... 43
Các phần tử điều khiển ...................................................................................... 43
2.1. Các phần tử bảo vệ .................................................................................... 43
2.2. Các phần tử điều khiển có tiếp điểm ......................................................... 73
2.3. Các rơ le .................................................................................................... 77
2.4. Thiết bị đóng cắt – không tiếp điểm ......................................................... 91
2.5. Công tắc hành trình không tiếp điểm ...................................................... 105
2.6. Các phần tử điện từ ................................................................................. 109
Bài 3 ................................................................................................................... 113
Các mạch điều khiển động cơ điện thường gặp ............................................ 113
3.1.Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập ......................... 113
3.2. Ảnh hưởng của các thông số đối với đặc tính cơ .................................... 119
3.3. Vận hành động cơ điện một chiều kích từ độc lập.................................. 125
3.4.Vận hành động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ................................. 136
Tài liệu tham khảo................................................................................................ 149
2
- GIÁO TRÌNH TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Tên mô đun: Truyền động điện
Mã số mô đun: MĐ28
Thời gian của mô đun: 30 giờ . (LT: 8 giờ; TH: 20 giờ; KT: 2 giờ)
I.Vị trí, tính chất mô đun:
Vị trí:
Môn Truyền động điện là môn được giảng dạy từ đầu khóa học và trước khi
học các môn học, mô đun đào tạo nghề.
Tính chất:
Là môn học lý thuyết cơ sở bắt buộc.
II.Mục tiêu của mô đun:
Kiến thức:
Trình bày nguyên tắc và phương pháp điều khiển tốc độ của hệ truyền động điện;
Đánh giá đặc tính của hệ điều khiển truyền động điện
Tính chọn động cơ điện cho hệ truyền động không điều chỉnh;
Phân tích cấu tạo, nguyên lý của một số thiết bị điển hình như: soft stater,
inverter, các bộ biến đổi;
Lựa chọn các bộ biến đổi phù hợp với yêu cầu hệ truyền động.
Kỹ năng:
Phân tích, tính chọn, lắp ráp và vận hành được các hệ truyền động điện.
Năng lực tự chủ, trách nhiệm:
Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận, tác phong công nghiệp cho sinh viên.
3
- III.Nội dung của mô đun
1.Nội dung tổng quát và phân phối thời gian
Thời gian
Thực
hành/thực
Số
Tên các bài trong mô đun Tổng Lý tập/thí
TT Kiểm tra
số thuyết nghiệm/bài
tập/thảo
luận
1 Bài 1:Các bộ biến đổi 5 3 2
1.1. Bộ biến đổi mức điện áp
(hay dòng điện) xoay chiều
1.2. Bộ biến đổi loại dòng
điện: xoay chiều thành một
chiều
1.3. Bộ biến đổi dòng điện:
xoay chiều – xoay chiều
1.4. Bộ biến đổi dòng điện
một chiều
Kiểm tra
2 Bài 2: Các phần tử điều 15 3 11 1
khiển
2.1. Các phần tử bảo vệ
2.2. Các phần tử điều khiển
có tiếp điểm
2.3.Các rơ le
2.4. Thiết bị đóng- cắt không
tiếp điểm
2.5. Công tắc hành trình
không tiếp điểm
2.6.Các phần tử điện từ
Kiểm tra
4
- 3 Bài 3:Các đặc tính cơ bản 10 2 9 1
của động cơ điện
3.1. Đặc tính cơ của động cơ
điện một chiều kích từ độc lập
hoăc song song
3.2. Ảnh hưởng cuả các
thông số điện tới đặc tính cơ
3.3. Vận hành động cơ điện
một chiều kích từ độc lập
3.4. Vận hành động cơ điện
xoay chiều không đồng bộ
Kiểm tra
Cộng 30 8 20 2
5
- Bài 1
Các bộ biến đổi
Mục tiêu:
- Vai trò Bộ biến đổi điện trong hệ thống truyền động điện
- Chức năng cuả một số bộ biến đổi
- Chủ động, sáng tạo và đảm bảo an toàn trong quá trình học tập.
1.1. Bộ biến đổi mức điện áp (hay dòng điện) xoay chiều
1.1.1. Giới thiệu chung
Chức năng: thay đổi trị hiệu dụng của điện áp ở ngõ ra khi trị hiệu dụng và tần
số của điện áp ở ngõ vào không thay đổi.
Cấu trúc bộ biến đổi điện áp một chiều:
Hình 1.1 cấu trúc bộ biến đổi điện áp xoay chiều
Ứng dụng:
+ Điều khiển công suất tiêu thụ của tải như lò nướng điện trở, bếp điện, điều
khiển đèn sân khấu, quảng cáo;
+ Điều khiển vận tốc động cơ không đồng bộ công suất vừa và nhỏ như máy
quạt, máy bơm, máy xay …;
+ Điều khiển động cơ vạn năng như máy điện cầm tay, máy trộn, máy sấy…
1.1.2.Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha
Sơ đồ nguyên lý
Hình 1.2 sơ đồ nguyên lý
6
- Trong trương hợp tải công suất nhỏ, có thể thay thế 2 SCR bằng 1 TRIAC.
1.1.3.Trường hợp tải thuần trở
Đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, ngõ ra và dạng sóng dòng điện tải như trên
hình H1.2
Ở bán kỳ dương của điện áp nguồn:
+ Trong khoảng góc (0, ) các SCR ngắt nên dòng điện qua tải bằng 0 (
ut = 0; ui = 0).
+ Tại thơi điểm ứng với góc X = , đưa xung kích vào T1 làm cho T1 dẫn điện
trong khoảng (X), dòng điện khép kín qua (u, T1, R) – trạng thái T1.
Hình 1.3 công thức tính điện áp và dòng điện
+ Tại thơi điểm X u , 0 t nên it 0, dòng điện qua T1 bị triệt tiêu nên T1 ngắt
– trạng thái 0.
Hình 1.3 đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào ,ngõ ra và dòng điện trên tải thuần trở
Ở bán kỳ âm của điện áp nguồn:
+ Trong khoảng góc () các SCR ngắt nên dòng điện qua tải bằng
(u t = 0; it = 0).
+ Tại thơi điểm ứng với góc X , đưa xung kích vào T2 làm cho T2 dẫn
điện trong khoảng (X
- + Tại thơi điểm X u 2 , 0 t nên it 0, dòng điện qua T2 bị triệt tiêu nên T2
ngắt – tráng thái 0.
Hệ quả:
- Trị hiệu dụng điện áp tải:
Hình 1.5 giá trị điện áp hiệu dụng
Khi góc điều khiển thay đổi trong phạm vi (0, ), điện áp trên tải có trị hiệu
dụng biến thiên trong khoảng (0, U).
- Trị hiệu dụng dòng điện tải:
- Công suất trên tải:
Hình 1.6 công suất trên tải
- Hệ số công suất:
Hình 1.7 hệ số công suất
- Trị hiệu dụng dòng điện qua SCR :
Hình 1.8 dòng điện hiệu dụng
- Dòng điện trung bình qua SCR :
Hình 1.9 dòng điện trung bình
8
- 1.1.4. Trường hợp tải L
𝝅
a. Góc điều khiển α >
𝟐
Hình 1.10 đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, ngõ ra và dòng điện trên tải thuần cảm
- Trong khoảng góc X , dòng điện tải bị gián đoạn(i u t t 0, 0) - trạng thái 0.
- Trong khoảng góc X 2,T1được kích trong lúc có điện áp khóa nên T1
dẫn điện. Dòng điện khép kín qua mạch (u-T1-L) - trạng thái T1.
Hình 1.11 biểu thức điện áp
9
- - Trong khoảng góc 2 X , dòng điện tải bị triệt tiêu nên T1 ngắt
(it = 0, ut = 0) - trạng thái 0.
- Trong khoảng góc X 3, T2 được kích trong lúc có điện áp
khóa nên T2 dẫn điện. Dòng điện khép kín qua mạch (u-T2-L) - trạng thái T2.
- Trong khoảng góc 3 2 X , dòng điện tải bị triệt tiêu nên T2 ngắt
- trạng thái 0.
Hệ quả:
+ Dòng qua tải bị gián đoạn.
+ Trị hiệu dụng điện áp trên tải:
Hình 1.12 điện áp hiệu dụng trên tải
+ Trị hiệu dụng dòng điện qua tải:
Hình 1.13 điện áp hiệu dụng qua tải
𝝅
b. Góc điều khiển 𝜶 <
𝟐
- Đồ thị dạng sóng điện áp và dòng điện ở ngõ ra như trên hình H4.5.
- Điện áp trên tải không thể điều khiển được, bộ biến đổi điện áp hoạt động như
công tắc ở trạng thái đóng. Điện áp rên tải bằng điện áp nguồn xoay chiều.
𝜋
Hình 1.14 đồ thị dạng sóng điện áp và dòng điện ở ngõ ra với góc kích 𝛼 < 2
10
- 1.1.5. Trường hợp tải R L
Góc tới hạn : là góc điều khiển mà dòng điện tải ở ranh giới giữa chế độ dòng
điện gián đoạn và liên tục. Góc tới hạn được xac định bằng công thức sau:
Hình 1.15 góc tới hạn
- Khi 0 : dòng tải liên tục. Điện áp trên tải không điều khiển được, bộ
biến đổi hoạt động như một công tắc ở rạng thái luôn đóng. Trị hiệu dụng điện áp
trên tải bằng trị hiệu dụng áp nguồn (Ut = U).
- Khi : dòng điện tải bị gián đoạn, trị hiệu dụng của điện áp trên tải thay
đổi
trong khoảng 0 U U t (với U là trị hiệu dụng của điện áp nguồn xoay chiều).
Đồ thị dạng sóng điện áp và dòng điện tải trong một số trương hợp của góc điều
khiển như trên hình H1.14
Ví dụ: cho R L H rad s 10 , 0,05 , 314 / . Góc tới hạn trong trương
hợp nàylà:
Hình 1.16 góc tới hạn dạng 2
Hình 1.17 đồ thị dạng sóng điện áp dòng điện với tải R-L
1.1.6. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha
Sơ đồ bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha dạng đầy đủ như trên hình H4.7.
Cấu tạo: gồm 3 công tắc bán dẫn đấu vào nguồn xoay chiều 3 pha. Khi công suất
tải nhỏ, các cặp công tắc có thể thay thế bằng TRIAC.
Dạng sóng điện áp và dòng điện tải phụ thuộc vào độ lớn góc điều khiển và các
thông số R, R-L của tải (hình H1.15 và H1.16).
11
- Hình 1.18 sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha
Hình 1.19 dạng sóng điện áp trên 1 pha của bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha tải thuần
trở
Hình 1.20 dạng sóng điện áp trên 1 pha của bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha tải R =
10Ω, L=10mH
Đặc tính điều khiển:
5𝜋
Với tải R: 0
- Xung kích: để bảo đảm quá trình kích dẫn thyristor, xung kích được thực hiện
dưới dạng chuỗi xung bắt đầu từ vị trí ứng với góc kích cho đến khi vượt khỏi nữa
𝜋
chukỳ tương ứng một góc
6
Hình 1.21 xung kích dạng chuỗi cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3pha
1.2. Bộ biến đổi loại dòng điện: xoay chiều thành một chiều
1.2.1. Khái quát chung
a. Khái niệm cơ bản
Định nghĩa: chỉnh lưu là thiết bị biến đổi dòng điện (điện áp) xoay chiều thành
dòng điện (điện áp) một chiều.
Cấu trúc như hình vẽ
Hình 1.22 cấu trúc bộ biến đổi
b. Phân loại
Theo số pha: một pha, hai pha, ba pha, sáu pha..
Theo loại ngắt điện
Mạch chỉ dùng toàn diode là chỉnh lưu không điều khiển.
Mạch chỉ dùng toàn Thyristor là chỉnh lưu có điều khiển.
Một nửa chỉnh lưu, một nửa diode là chỉnh lưu bán điều khiển (chỉnh lưu điều
khiển không đối xứng)
Phân loại theo sơ đồ mắc.
Phân loại theo công suất.
13
- 1.2.2. Các thông số cơ bản của chỉnh lưu
Những thông số có ý nghĩa quan trọng để đánh giá chỉnh lưu bao gồm:
1 𝑇
Điện áp tải: Ud = ∫0 𝑈𝑑 (t).dt
𝑇
Dòng điện tải: Id = Udc/Rd
Dòng điện chạy qua ngắt điện: IND = Id/m
Điện áp ngược của ngắt điện: UN= Umax
𝑆1𝐵𝐴 +𝑆2𝐵𝐴
Công suất biến áp: SBA = = kad.Ud
2
Số lần đập mạch trong một chu kỳ m
Độ đập mạch (nhấp nhô) của điện áp tải.
1.2.3. Nguyên tắc dẫn của các ngắt điện bán dẫn:
Nhóm ngắt điện nối chung Kathode:
Hình 1.23 Katot nối chung
Điện áp anode của diode nào dương hơn thì diode ấy dẫn. Khi đó điện thế điểm
A bằng điện thế anode dương nhất
Nguyên tắc dẫn và điều khiển Thyristor:
Hình 1.24 dẫn điều khiển Thyristor
14
- Nhóm ngắt điện nối chung anode:
Hình 1.25 Anot nối chung
Điện áp cathode ngắt điện nào âm hơn hơn thì diode ấy dẫn. Khi đó điện thế
điểm K bằng điện thế anode âm nhất.
Nguyên tắc dẫn và điều khiển Thyristor:
Hình 1.26 điều khiển thyristor anot chung
Phụ thuộc vào điện thế cực dương trên cực anode và tín hiệu điều khiển.
1.2.4. Chỉnh lưu một nửa chu kỳ.
a.Chỉnh lưu không điều khiển bán kỳ.
Chỉnh lưu không điều khiển tải thuần trở R
* Sơ đồ mạch
15
- Hình 1.27 điều khiển tải thuần trở R
* Các thông số sơ đồ:
1 𝜋 √2
Điện áp tải: Ud = ∫ √2 𝑈2 sin t dt =
2𝜋 0 𝜋
U2 = 0,45 U2
Dòng điện tải: Id = Udc/Rd
Dòng điện chạy qua diode: ID = Id
Điện áp ngược của ngắt điện: √2 𝑈2
𝑆1𝐵𝐴 +𝑆2𝐵𝐴
Công suất biến áp: : SBA = = 3,09 Ud.Id
2
* Lắp ráp và khảo sát
- Điện áp ngõ vào
- Điện áp ngõ ra
- Tính toán các thông số
b.Chỉn lưu không điều khiển tải thuần trở R, L
* Sơ đồ mạch
Hình 1.28 điều khiển tải thuần trở R, L
Do có tích lũy và xả năng lượng của cuộn dây, do đó dòng điện và điện
áp có dạng như hình vẽ
16
- * Các thông số sơ đồ:
1 𝜋 1+cos 𝜑
Điện áp tải: Ud = ∫ √2 𝑈2 sin t dt = 0,45 U2
2𝜋 0 2
Dòng điện tải: Id = Udc/Rd
Dòng điện chạy qua diode: ID = Id
Điện áp ngược của ngắt điện:UN = √2 𝑈2
𝑆1𝐵𝐴 +𝑆2𝐵𝐴
Công suất biến áp: : SBA = = 3,09 Ud.Id
2
* Lắp ráp và khảo sát
- Điện áp ngõ vào
- Điện áp ngõ ra
- Tính toán các thông số
1.2.5. Chỉnh lưu có điều khiển bán kỳ.
a.Chỉnh lưu có điều khiển bán kỳ tải thuần trở.
* Sơ đồ mạch
Hình 1.29 chỉnh lưu bán chu kỳ tải thuần trở
* Các thông số sơ đồ:
Điện áp tải được tính:
1 𝜋 1+cos 𝜑
Ud = ∫ √2 𝑈2 sin t dt = 0,45 U2
2𝜋 0 2
* Lắp ráp và khảo sát
- Điện áp ngõ vào
- Điện áp ngõ ra
- Tính toán các thông số
17
- b.Chỉnh lưu có điều khiển bán kỳ tải R, L.
* Sơ đồ mạch
1 𝜋 cos 𝛼+cos 𝜑
Điện áp tải được tính: Ud = ∫ √2 𝑈2 sin t dt = 0,45 U2
2𝜋 0 2
* Lắp ráp và khảo sát
- Điện áp ngõ vào
- Điện áp ngõ ra
- Tính toán các thông số
Hình 1.30 chỉnh lưu tải RL
c.Chỉnh lưu có điều khiển bán kỳ tải R, L có diode xả năng lượng.
* Sơ đồ mạch
Hình 1.31 chỉnh lưu điều khiển có điôt
18
- * Lắp ráp và khảo sát
- Điện áp ngõ vào
- Điện áp ngõ ra
- Tính toán các thông số
1.2.6. Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính.
a.Chỉnh lưu không điều khiển.
* Sơ đồ mạch
Hình 1.32 chỉnh lưu không điều khiển cả chu kỳ
* Thông số của sơ đồ:
Điện áp, dòng điện chỉnh lưu và ngắt điện.
1 𝜋 √2
Udtb =2. ∫ √2 𝑈2 sin t dt = 2
2𝜋 0 𝜋
U2 = 0,9 U2
Dòng điện tải: Id = Udc/Rd
Id Id
I\Dtb = ; IDhd =
2 √2
UND = 2√2 𝑈2
𝑆1𝐵𝐴 +𝑆2𝐵𝐴
SBA = = 1,48 UdId
2
* Lắp ráp và khảo sát
19
nguon tai.lieu . vn
