Xem mẫu
- Đề tài: " Hệ truyền động điều
chỉnh điện áp xoay chiều và
động cơ không đồng bộ 3 pha "
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
Lời nói đầu
Truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của một công
nghệ sản xuất. Đặc biệt trong dây chuyền sản xuất tự động hiện đại, truyền động điện
đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lƣợng sản phẩm. Vì vậy các
hệ truyền động điện luôn đƣợc quan tâm nghiên cứu và nâng cao và chất lƣợng để đáp
ƣng các yêu cầu công nghệ mới với mức độ tự động hóa cao.
Ngày nay do ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật điện tử , tin học, các hệ truyền
động điện đƣợc phát triển và có sự thay đổi đáng kể. Đặc biệt do công nghệ phát triển của
các thiết bị điện tử công suất ngày càng hoàn thiện nên các bộ biến đổi điện tử công
suẩttong hệ truyền động điện không ngừng đáp ứng đƣợc độ tác động nhanh, độ chính xác
cao mà còn góp phần giảm kích thƣớc và hạ giá thành sản phẩm.
Hôm nay nhóm em xin giới thiệu với thầy giáo và các bạn một cách tổng quát nhất
về hệ truyền động điều chỉnh điện áp xoay chiều - động cơ KĐB 3 pha.
Đề tài 19:
Xây dựng hệ truyền động điều chỉnh điện áp xoay chiều - động cơ KĐB 3 pha:
Cho động cơ KĐB 3 pha rô to dây quấn có số liệu: Pđm=12Kw;Y-380V; fđm=50Hz;
=0,85; nđm= 1420v/ph; cosđm=0,8
1.Khái quát chung về hệ điều áp XC - động cơ KĐB 3 pha.
2.Tính chọn mạch lực, mạch điều khiển, thiết bị bảo vệ.
3.Lắp ghép sơ đồ trọn bộ (mạch lực và mạch điều khiển)
4.Phân tích hoạt động của hệ
5.Giới thiệu ứng dụng trong công nghiệp.
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 1
NGUYỄN HỮU LINH
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU
BA PHA
I. BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU BA PHA:
1. Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều gọi tắt là điều áp xoay chiều thực hiện biến đổi
điện áp xoay chiều về độ lớn và dạng sóng nhƣng tần số f không đổi.
Điều áp xoay chiều thƣờng ứng dụng trong điều khiển chiếu sáng và đốt nóng,
trong khởi động mềm và điều chỉnh tốc độ quạt gió máy bơm...
2. Để điều chỉnh điện áp 3 pha có thể dùng 3 sơ đồ:
- Điều áp 3 pha với 6 Thyristor nối thành nhóm Thyristor song song ngƣợc liên hệ
giữa nguồn và tải. Sơ đồ này có nhiều phƣơng án khác nhau.
- Nốt tam giác 3 bộ điều áp 1 pha.
- Nối hỗn hợp 3 Thyristor và 3 điốt .
Bộ điều áp 3 pha đƣợc tạo nên từ 3 nhóm, mỗi nhóm gồm 2 Thyristor nối song song
ngƣợc : TA, TA’ ; TB , TB’ ; TC , TC’. Gọi vA , vB , vC là các điện áp pha hình sin.
2 2
vA = vm sin ; vb = vm sin( ) ; vC = vm sin( )
3
3
Trong các pha của tải có dòng điện i A , iB , iC và vA’ , vB’ , vC’ là điện áp trên pha của tải và
vThA , vThB , vThC là các điện áp trên cực các Thyristor.
Các Thyristor đƣợc mồi ở các khoảng thời gian bằng nhau và bằng 1/6 chu kỳ theo
thứ tự TA, TC’ ; TB , TA’ ; TC , TB’ với góc
mở nghĩa là Thyristor TA đƣợc điều khiển
với = (hình 1). Để vẽ dạng sóng điện
áp ta chỉ cần nghiên cứu một phần sáu chu
kỳ. Vì các dòng điện pha đều giống nhau và
2
lệch do vậy biết iA ta có thể suy ra iB , iC
3
.
iA ( ) = -iB ( )
3
2
iA ( ) = iC ( )
3
iA ( ) = -iA ( )
4
iA ( ) = iB ( )
3
5
iA ( ) = -iC ( )
3
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 2
NGUYỄN HỮU LINH
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
Cũng vậy ta có quan hệ giữa các điện áp vA’ , vB’ , vC’ trên tải và vThA , vThB , vThC trên
các cực của các nhóm Thyristor.
1. Trƣờng hợp tải thuần trở
Nếu tải gồm 3 điện trở bằng nhau, khi góc mồi tăng từ ) đến 5 /6 có thể xảy ra 3
chế độ hoạt động nhƣ ( Hình 1.a,b,c) đơn giản hạn chế về vA’ , vB’ , vC’ với < <
+ cho phép xác định điện áp trên tải của pha A là là vA’ trong cả chu kỳ và vThA
3
khi Thyristor TA bị khóa. Ta không cần vẽ đƣờng cong dòng điện vì hoàn toàn đồng
dạng với vA’.
Chế độ 1 : 0 < < : 2 hay 3 Thyristor dẫn
3
- Khi < : góc kết thúc dẫn của TC lớn hơn , khi thì 3 thyristor dẫn, khi thì
3
2 thyristor dẫn:
vA’ = R.iA = vA
vB’ = R.iB = vB
vC’ = R.iC = vC
vThA = vThB = vThC =0
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
1
(v B v C )
vA’ = vB =
2
iA = - iB = vA’/R
vC’ = R.iC = 0
3
vThA = vThB = 0 ; vThC = vC < 0
2
Khi = , chế độ này sẽ ngừng
2
dẫn, khi góc cuối của ThB’ = +
5
vƣợt quá khi vA – vB
,
6
3
và iA = iB triệt tiêu khi mồi vThC’.
5
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
vA’ = vB’ = vC’ = 0 ; iA = iB = iC = 0 ; vThA - vThB = vA - vC
Để phân bố điện áp trên cực các Thyristor khi chúng bị khóa, cần nối vào các
cực của 3 khối Thyristor các điện trở lớn có trị số bằng nhau, do vậy :
vThA = vA ; vThB = vB ; vThC = vC
5
Khi < mồi đồng thời ThA và ThC’, khi = + sẽ tạo nên điện áp âm vA -
6 3
vC. Các thyristor không thể dẫn đƣợc và bộ điều áp làm việc nhƣ một khóa chuyển
mạch luôn hở mạch.
2. Trƣờng hợp tải R – L
L
Tải R – L đƣợc đặc trƣng bởi tổng trở Z R 2 2 L2 và góc pha tg Q.
R
Dòng điện bắt đầu giảm khi > .
Vì điện cảm L các dòng điện i A , iB , iC k còn bị gián đoạn nữa, do đó k xảy ra chế
độ 2.
Thyristor ThA đƣa vào dẫn khi = không gây khóa ThC do dòng iC bị tắt đột
ngột, bởi vì dòng điện này không bị gián đoạn.
Nếu = , nhờ ThC và ThB’ dòng iC tồn tại, việc mở Th A là cho ThA, ThC và ThB’
mở đồng thời và bắt đầu khoảng cả 3 thyristor dẫn ở chế độ 1.
Nếu iC = 0 thì khi mở ThA làm cho iA , iB , iC bằng không trƣớc khi = ,sơ đồ
làm việc nhƣ ở chế độ 3.
Việc chuyển từ chế độ 1 sang chế độ 3 đƣợc thực hiện đối với giá trị giới hạn 1
theo phƣơng trình :
4 1 2e3Q
sin( 1 ) sin( 1 )
3
2e 3Q
( Hình 1.2 ) Cho ví dụ hình dáng iA và vA’ với 1 trong hai chế độ với .
4
Hình 1.2: Hình dáng iA và vA’
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 5
NGUYỄN HỮU LINH
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
2
Góc giới hạn 1 = 11007. = tƣơng ứng với chế độ 1 , = hoạt động ở chế độ 3.
3
3
3. Đặc tính
- Điện áp trên tải vA’ , vB’ , vC’ có trị số hiệu dụng V’ biến thiên từ V đến 0 khi
5
góc mồi đi từ đến
6
- Khai triển thành chuỗi ngoài sóng cơ bản chỉ có các điều hòa lẻ. Hơn nữa tổng
giá trị tức thời vA’ + vB’ + vC’ = 0.
Có mặt các điều hòa : , 5 , 7 , 11 …. Tổng quát n = (6k+1)
Hình 1.3 trình bày biến thiên của trị hiệu dụng các điều hòa theo góc mồi
Hình 1.3: Biểu diễn biến thiên điện áp
Các điều hòa dòng điện đƣợc tính theo biểu thức:
V 'n
In
R 1 n 2Q 2
- Bộ điều áp xoay chiều tiêu thụ công suất phản kháng 3V.I1.sin , do mồi trễ
, các điện áp cơ bản trên tải vA’ , vB’ , vC’ lệch pha với điện áp vA , vB , vC tƣơng
ứng. Mặt khác tải R – L nên dòng điện lệch pha với điện áp tải.
4. Phƣơng án các thyristor nối tam giác
Ta có thể thay đổi các thyristor nối hình sao thành hình tam giác nhƣ ở hình 1.5
Nếu các pha của tải có cúng góc lệch pha và modun gấp 3 lần, với cùng góc mở thì
dòng điện trên dây và điện áp trên các cực của thyristor không thay đổi.
Dòng điện trong tam giác gồm các thyristor j A, jB, jC có dạng sóng khác với các
dạng sóng dòng điện dây tƣơng ứng i A , iB , iC. Cũng vậy dạng sóng điện áp u A’, uB’,
uC’ trên các pha nối hình tam giác khác với dạng sóng u A’, uB’, uC’ khi nối sao. Lý do
là khi iA , iB , iC chuyển thành jA, jB, jC các thành phần tạo nên hệ thống thứ tự thuận
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 6
NGUYỄN HỮU LINH
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
lệch pha nhau theo chiều thuận, trong khi đó các thành phần thứ tự ngƣợc (điều hòa
6
5, 7, 11 …) lệch pha nhau theo chiều ngƣợc.
Tuy nhiên các biểu thức sau luôn đúng:
U’ = 3 V’ ; I = 3J
U1’ = 3 V1’ ; I1 = 3 J1 ; Un’ = 3 Vn’ ; In = 3 Jn
Hình 1.4
So sánh sơ đồ ở hình 1.5 với sơ đồ ở hình 1.1 ta thấy, ở 1 tải đã cho, các dòng
điện trong các pha và điện áp trên cực của chúng có cùng giá trị và hình dáng, nhƣng
dòng điện trong thyristor giảm đi và do vậy điều kiện tín hiệu điều khiển cũng dễ dàng
hơn.
Ta nhận thấy sự dẫn của ThA , ThB’, ThC xác định cách nối giữa các cực A’, B’, C’
nhƣ khi ThAB, ThBC’ dẫn
vA’ = vA ; vB’ = vB ; vC’ = vC ; iA > 0 ; iB < 0 ; iC >0
Sự dẫn điện của ThA , ThB’ có cùng ảnh hƣởng nhƣ ThAB
v A v B
vA = vA’ = ; iA = - iB > 0 ; vC’ = iC = 0
2
Với cùng các giá trị và đã cho, các đại lƣợng liên quan đến nguồn, tải, các
dòng iA, iB, iC và điện áp vA’ , vB’ , vC’ giống nhau. Chỉ có các thyristor nối tam giác là
có các ƣu điểm sau :
- Với chế độ 1 : Chỉ có 1 hay 2 Thyristor dẫn (so với 2 hay 3 của sơ đồ hình 1.1)
- Với chế độ 2 : Chỉ có 1 Thyristor dẫn (so với 2 của sơ đồ hình 1.1)
- Với chế độ 3 : Chỉ có 1 Thyristor dẫn hoặc không có (so với 2 hoặc không của
sơ đồ hình 1.1)
Ƣu điểm thứ 2 của việc nối tam giác các Thyristor là làm đơn giản hóa tín hiệu
điều khiển. Không cần thiết xung điều khiển rộng hoặc xung khẳng định để đàm
bảo sơ đồ hoạt động. Chỉ cần 1 xung đơn là đủ. Tuy nhiên nếu các Thyristor nối
tam giác sẽ có điện áp ngƣợc cực đại phải chịu là từ 1.5Vm đến 3 Vm. Đây là
nhƣợc điểm của sơ đồ các Thyristor nối tam giác.
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 7
NGUYỄN HỮU LINH
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
Hình 1.5: Sơ đồ các thyristor nối tam giác
II. NHÓM TAM GIÁC TỪ BA BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA
Có một phƣơng án khác tạo nên bộ điều áp 3 pha bao gồm ba bộ điều áp một pha
nối tam giác nhƣ sơ đồ hình 1.6. Cách nối này cho phép loại trừ các điều hòa bậc ba và
bội ba trong dòng điện.
Để có thể sử dụng trực tiếp các kết quả của bộ điều áp 1 pha ta sử dụng các ký hiệu
của 1 pha và them chỉ số A, B, C.
Điện áp do nguồn cung cấp:
2 4
vA = Vmsin , vB = Vmsin ( ) , vC = Vmsin ( )
3 3
Các phần Thyristor đƣợc mồi ở một phần sáu chu kỳ theo trình tự sau :
ThA , ThC’, ThB , ThA’ , ThC , ThB’. Thyristor ThA nhận xung điều khiển tại = .
Các điện áp vA’, vB’, vC’ là điện áp trên các pha của tải, còn vThA, vThB, vThC là điện áp
trên các nhóm của Thyristor. Các dòng iA , iB , iC giống nhau ở một phần ba hoặc hai
phần ba chu kỳ.
Nhóm tam giác từ ba bộ điều áp một pha đảm bảo triệt tiêu điều hòa bậc ba và bội
ba trong các dòng điện do nguồn cung cấp. Các điều hòa này trùng pha trong ba dòng
iA , iB , iC. Dòng điện dây iA1 = iA - iC, iB1 = iB – iA, iC1 = iC – iB.
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 8
NGUYỄN HỮU LINH
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
Hình: 1.6
Dòng điện trong sơ đồ có dạng sóng khác với dòng điện các pha của tải và tỉ số
điều hòa giảm đi. Hình 1.6 trình bày dạng song dòng điện khi góc mồi , tải thuần
3
trở.
Các điều hòa dòng điện dây : I1L = 3 I1, I5L = 3 I7...nhƣng I3L = I9L = 0.
3 I5, I7L =
Hình :1.6a. Dạng sóng của dòng điện theo sơ đồ hình 1.6
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 9
NGUYỄN HỮU LINH
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
III. BỘ ĐIỀU ÁP BA PHA HỖN HỢP
Trên sơ đồ hình 1.7 ta nhận thấy mỗi pha có một Thyristor đc thay thế bằng 1 điốt.
Không có dây trung tính làm cho giá trị trung bình của tổng dòng điện pha của tải và
điện áp trên cực của nó luôn bằng không.
Hình: 1.7
1. Sự hoạt động của sơ đồ
Nếu ta ký hiệu vA, vB, vC là điện áp nguồn
2 4
vA = Vmsin , vB = Vmsin ( ) , vC = Vmsin ( )
3 3
2 4
Thyristor ThA đƣợc mồi ở = , còn ThB ở = + và ThC = + .
3 3
Ba dòng điện iA , iB , iC giống nhau ở một phần ba chu kỳ nhƣng ở nửa chu kỳ âm
khác với nửa chu kỳ dƣơng, do vậy điện áp v’ A, v’B, v’C và của các Thyristor vThA ,
vThB , vThC vì có điốt nên không có các giá trị âm.
7
- Nếu tải thuần trở, có ba chế độ làm việc liên tiếp sau đây khi từ 0 đến
6
Khi 0 < < : ba hoặc hai linh kiện dẫn
2
3
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
Hình 1.8
Ta nhấn mạnh điều hòa bậc ba có ảnh hƣởng quan trọng.
Sơ đồ tiêu thụ công suất phản kháng ngay cả khi tải thuần trở.
Công suất biểu kiến : S = 3VI
Công suất biến dạng : D = 3V. I I1
2 2
Công suất tác dụng : P = 3VI1 cos
Công suất phản kháng : Q = 3VI1 sin
3. So sánh các bộ điều á p ba pha
Cũng nhƣ bộ chỉnh lƣu, độ điều áp làm thay đổi lƣới điện xoay chiều cung cấp cho
nó, tạo nên các điều hòa dòng điện và tiêu thụ công suất phản kháng.
Mặc dù khó so sánh vì chế độ sử dụng của chúng khác nhau, nhƣng bộ điều áp 3
pha có 6 thyristor không gây ảnh hƣởng tới lƣới bằng cầu chỉnh lƣu ba pha có điều
khiển. Bộ điều ấp ba pha hỗn hợp cũng k gây ảnh hƣơng tới lƣới bằng cầu chỉnh lƣu
ba pha bán điều khiển.
Đối với ba loại điều áp ba pha, ta đã đƣa ra các đặc tính đối với các điều hòa điện
áp nhƣng k đƣa ra đặc tính dòng điện, bởi vì khi tải R – L các điều hòa quá bé không
tiện biểu diễn cùng tỉ lệ xích với điều hòa cơ bản. Khi tải R – L, ta có thể tìm đc biểu
thức các dòng điện điều hòa theo điện áp :
V 'n
V1
với Q = L/R
I1 In
R 1 Q2 R 1 n 2Q 2
.do đó tỉ số :
In
1 Q2
I1
1 n 2Q 2
V ' n V '1
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 11
NGUYỄN HỮU LINH
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
Hình 1.9
Nói chung các điều hòa dòng điện càng yếu khi tải có tính điện cảm càng lớn và bậc
điều hòa càng cao.
4. Lựa chọn bộ điều áp xoay chiều
Đối với các thiết bị có công suất trung bình và lớn, các dòng điện điều hòa có vai
trò quan trọng trong việc lựa chọn bộ điều áp. Việc lựa chọn giới hạn bởi hai sơ đồ 6
thyristor.
- Bộ điều áp ba pha
- Ba bộ điều áp một pha ghép tam giác.
Sơ đồ ba bộ điều áp một pha nối tam giác không tốt đối với dòng điện tải so với
bộ điều áp ba pha, nhƣng đối với dòng điện lƣới lại tốt hơn. Sơ đồ ba bộ điều áp một
pha nối tam giác một pha nối tam giác làm cho dòng điện pha có điều hòa bâc ba và
bội ba nhƣng trong dòng điện dây chúng bị triệt tiêu. Do vậy ta có thể đi đến kết luận :
- Khi việc giảm các điều hòa dòng điện lƣới đóng vai trò quan trọng t hì thƣờng
chọn các sơ đồ ba bộ điều áp một pha nối tam giác
- Khi chất lƣợng điện áp trên tải quan trọng thì thƣờng chọ bộ điều áp ba pha. Đó
là trƣờng hợp cung cấp cho các máy điện quay, bởi vì các may điện quay sẽ là việc
xấu khi điện áp bậc ba hoặc bội ba. Các điện áp này tạo nên hệ thống thứ tự không.
Khi công suất giảm đi, cần giảm chi phí dối với các thyristor và mạch điều khiển,
khi đó bộ điều áp ba pha có nhiều khả năng ;
- Đặt giữa lƣới và tải, cho phép thay đổi pha khi chuyển từ tam giác sang hình
sao mà không cần thay đổi điện áp.
- Đặt sau tải cho phép nối hình tam giác ba nhóm thyristor, làm giảm dòng và
cho phép giảm kích cỡ của thyristor
- Đặt sau tải và có một cực chung cho tất cả các thyristor, điều này làm cho việc
điều khiển dễ dàng, nhất là khi thay thế 6 thyristor bằng 3 triac.
Khi vấn đề các điều hòa dòng điện không không quan trọng thì bộ điều áp ba pha
và các phƣơng án của nó có lợi hơn phƣơng án nối tam giác.ba bộ điều áp một pha.
- Bộ điều áp ba pha hỗn hợp chỉ đƣợc sử dụng trong các sơ đồ côn g suất nhỏ vì
ảnh hƣởng quan trọng của các điều hòa. Điều hòa bậc cao sẽ tạo nên moomen phản
kháng lớn đối với máy điện quay.
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 12
NGUYỄN HỮU LINH
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
5. Lƣu ý về bộ bù tĩnh:
Bộ bù tĩnh là một ứng dụng của bộ điều áp ba pha. Để tạo nên một nguồn công suất
phải kháng biến thiên liên tục, ngƣời ta mắc song song các tụ để tạo nên dung kháng
cực đại cần thiết với một điện kháng ba pha điều khiển bằng bộ điều áp.
Bộ điều áp này cho phép biến đổi công suất phản kháng của cuộn điện kháng, do
đó làm thay đổi công suất phản kháng của bộ tụ điện – điện kháng.
Trong thiết bị này tụ điện đóng vai trò tạo nên dung kháng và đồng thời có dung
kháng nhỏ với dòng điện điều hòa bậc cao, do vậy nó lọc cac điều hòa dòng điện lấy từ
lƣới.
Một số nhà chế tạo mong muốn tạo nên thiết bị điều chỉnh công suất phản kháng
bằng bộ điều áp bằng cách thay đổi giá trị điện dung của tụ điện. Họ sử dụng các
Thyristor làm việc ở chế độ đóng mở, cho phép loại trừ các điểm dòng điện tăng đột
ngột bằng cách bù dòng điện có tính chất điện dung tại thời điêm bất lợi này.
Đôi khi ngƣời ta sử dụng bộ điều áp để cung cấp điện áp biến thiên cho máy biến
áp mà điện áp thứ cấp đƣợc chỉnh lƣu có điện áp biến thiên liên tục từ cực đại đến
không
Sơ đồ này dùng để tạo nên dòng chỉnh lƣu rất lớn ở điện áp rất thấp hoặc tạo nên
điện áp rất cao.
Khi công suất của lƣới lớn hơn công suất bộ điều áp rất nhiều, do đó ảnh hƣờng
của bộ điều áp xoay chiều đến lƣới không đáng kể, đôi khi ngƣời ta sử dụng bộ điều áp
nối tam giác hở hay còn gọi là “ bộ điều áp tiết kiệm”, trong đó một trong ba nhóm
thyristor đƣợc thay bằng nối trực tiếp.
IV. ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA:
1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Động cơ gồm có hai phần chính là stator và rotor. Stato gồm các cuộn dây của
ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trƣờng quay.
Rôto hình trụ có tác dụng nhƣ một cuộn dây quấn trên lõi thép. Khi mắc động cơ vào
mạng điện xoay chiều, từ trƣờng quay do stato gây ra làm cho rôto quay trên trục.
Chuyển động quay của rôto đƣợc trục máy truyền ra ngoài và đƣợc sử dụng để vận
hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 13
NGUYỄN HỮU LINH
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
2. Phân loại
Động cơ điện xoay chiều đƣợc sản xuất với nhiều kiểu và công suất khác
nhau.
Theo sơ đồ nối điện có thể phân ra làm 2 loại:
- Động cơ 3 pha.
- Động cơ 1 pha.
- Và nếu theo tốc độ có thể phân thành 2 loại:
- Động cơ đồng bộ.
- Động cơ không đồng bộ.
3. Động cơ điện xoay chiều 3 pha
Từ trƣờng quay đƣợc tạo ra bằng cách cho dòng điện ba pha chạy vào ba nam
châm điện đặt lệch nhau trên một vòng tròn. Cách bố trí các cuộn dây tƣơng tự nhƣ
trong máy phát điện ba pha, nhƣng trong động cơ điện ngƣời ta đƣa dòng điện từ ngoài
vào các cuộn dây 1, 2, 3.
Khi mắc động cơ vào mạng điện ba pha, từ trƣờng quay do stato gây ra làm cho
rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto đƣợc trục máy truyền ra ngoài và đƣợc
sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 14
NGUYỄN HỮU LINH
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
CHƢƠNG II: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU
BA PHA
I. Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha:
1. Thiết kế mạch lực:
Mạch xoay chiều ba pha hiện nay trong thực tế thƣờng gặp 3 sơ đồ sao: Hình 2.1
a, b, c.
a b
c
Hình 2.1: Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha bằng cặp thyristor
Mắc song song ngƣợc
Các loại này bao gồm tải đấu sao trung tính ( Hình 2.1 a), tải đấu sao không
trung tính (Hình 2.1 b), tải đấu tam giác (Hình 2.1 c). Tải đấu sao có trung tính có ƣu
điểm là sơ đồ giống hệt ba mạch điều áp một pha điều khiển dịch pha theo điện áp
lƣới, do đó điện áp trên các van bán dẫn nhỏ hơn vì điện áp đặt vào van bán dẫn là
điện áp pha. Nhƣợc điểm của sơ đồ này là trên dây trung tính có tồn tại dòng điện điều
hòa bậc cao, khi góc mở của va n khác 0 có dòng tải gián đoạn và loại sơ đồ nối này chỉ
thích hợp với loại tải ba pha có bốn đầu dây ra.
Các sơ đồ ko trung tính (Hình 2.1 b, c) có nhiều điểm khác so với sơ đồ trung tính.
Ở đây dòng điện chạy giửa các pha với nhau, nên đồng thời phải c ấp xung điều khiển
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 15
NGUYỄN HỮU LINH
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
cho hai thyristor của hai pha một lúc. Việc cung cấp xung điều khiển nhƣ thế, đôi khi
gắp khó khăn trong mạch, ngay cả việc đổi thứ tự pha nguồn lƣới cũng có thể làm cho
sơ đồ không hoạt động.
Hiện nay,với những tải có công suất trung bình, các sơ đồ điện áp ba pha bằng
các cặp thyristor nhƣ (Hinh 2.1) đƣợc thay thế bằng các sơ đồ Triac nhƣ (Hình 2.2).
a b c
Hình 2.2: Điều áp ba pha bằng Triac
Nhƣ đã giới thiệu trên, Triac về nguyên lý điều khiển giống hệt các cặp thyristor mắc
song song ngƣợc. Vì vậy, sử dụng các sơ đồ (Hình 2.1) hay (Hình 2.2) tùy thuộc vào
khả năng linh kiện có loại nào. Ngoài ra (Hình 2.2) có ƣu điểm hơn về mặt điều khiển
đối xứng và đơn giản về cách ghép.
Đối với những tải không có yêu cầu về điều khiển đối xứng ngƣời ta có thể sử
dụng sơ đồ cặp thyristor –điốt.
Mặc dù vậy, sơ đồ này ứng dụng thực tế không nhiều. Bởi vì khi không có xung
điều khiển vẩn có thể có dòng chạy qua tải.
Trong trƣờng hợp cho phép điều khiển không đối xứng chúng ta có thể sử dụn g
sơ đồ điều khiển hai pha nhƣ (Hình 9.3).
Hình 2.3: Sơ đồ điều áp ba pha đơn giản
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 16
NGUYỄN HỮU LINH
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
Ƣu điểm của sơ đồ (hình 2.3) là số lƣợng van bán dẫn ít hơn, và mạch điều
khiển cũng đơn giản hơn. Nhƣợc điểm của sơ đồ là điều khiển không đối xƣng, nên
đƣờng cong dòng điện và điện áp các pha không giống nhau, vì vậy giá trị hiệu dụng
của điện áp và dòng điện khác nhau rõ rệt. Loại sơ đồ này chỉ phát huy tác dụng khi tải
và nguồn đƣợc phép làm việc không đối xứng và có số lƣợng van bán dẫn bị hạn chế .
Khi sử dụng điều áp xoay chiều cho động cơ không đồng bộ ngoài chế độ đóng
cắt, điều khiển tốc độ, còn cần cả đảo chiều quay.
Trong động cơ không đồng bộ, khi đảo chiều quay cần đổi thứ tự pha. Sơ đồ
điều khiển có đảo chiều quay động cơ không đồng bộ nhƣ (Hình 2.4).
Khi có chiều quay thuận ta cấp xung điều khiển cho T1,T2,T7,T8,T9,T10; các pha
lƣới A1, B1, C1 đƣợc nối tƣơng ứng với các cuộn A, B, C của động cơ. Khi ở chiều
quay ngƣợc ta cấp xung điều khiển cho T3,T4,T5,T6,T9,T10. các pha lƣới A1, B1, C1
đƣợc nối tƣơng ứng B, A, C của động cơ.
B1 C1
A1
T T T T TT T T1
T T
1 4 5 6 7 8 9 0
C
2 3
B
A
Hình 2.4: Sơ đồ điều áp ba pha có đổi thứ tự pha
Thiết kế sơ đồ mạch động lực của bộ điều áp xoay chiều ba pha chúng ta phải
thực hiện hang loạt các bài toán tổng hợp. Ngay cả ở chế độ xác lập thì dòng điện và
điện áp trên các van bán dẫn cũng chỉ là chế độ gần với xác lập. Trong phần thiết kế
này chúng ta chỉ xét bộ điều áp làm việc ở chế độ xác lập.
Khi lựa chọn các van bán dẫn cho sơ đồ điều áp ba pha theo dòng điện và điện
áp, tổn hao công suất P nhƣ đã xét, đƣợc xác định theo đƣờng cong dòng điện chạy
qua van. Tổn hao công suất trên van là tổn hao theo chiều thuận khi van dẩn. Lúc này
P phụ thuộc vào các giá trị dòng điện trung bình, hiệu dụng của van và theo đƣờng
cong đặc tính Vôn – Ampe của van ta tìm đƣợc P. Tuy nhiên đƣờng đặc tính Vôn –
Ampe không phải của van nào cũng có cho nên gần đúng chúng ta chọn hơi dƣ thì lấy:
P = IHD U
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 17
NGUYỄN HỮU LINH
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
Thông số P này ảnh hƣởng rất lớn tới diện tích cánh tản nhiệt mà chúng ta sẽ
thiết kế sau này.
2. Tính chọn van ban dẫn:
a.Tính chọn van theo dòng điện.
Trong điều áp xoay chiều dòng điện chạy qua tải thƣờng xác định là dòng hiệu
dụng. Thông số dòng điện để cho van bán dẫn đƣợc tính là dòng điện lớn nhất trong
qua trình làm việc. Trong điều khiển xung pha, dòng điện lớn nhất khi góc mở van
bán dẫn nhỏ nhất. Góc mở nhỏ nhất của van bán dẫn thƣờng nhận trị số =0 khi dòng
điện tải là dòng điện hình sin.
Công suất định mức Pđm , điện áp định mức Uđm, hệ số công suât cos, hiệu
suất .
Dòng điện hiệu dụng chạy qua van bán dẫn khi tải đấu Y ( Hình 2.1 b, 2.2 b ).
Pdm 12000
I HD 26,74 A
3U f cos 3.220.0,8.0,85
Trong đó: Uf là điện áp pha’
Dòng điện tính đƣợc là dòng điện để chọn Triac. Nếu sơ đồ chọn là các sơ độ
Triac Ivlv=IHD.Nếu sơ đồ chọn là sơ đồ ghép thyristor song song ngƣợc thì dòng điện
chọn thyristor. Ở đây ta chọn sơ đồ ghép Thyristor song song ngƣợc.
1
I vlv I H D =13.37A
2
Trong đó: Ivlv là dòng điên làm việc của van.
Lựa chọn điều kiên tỏa nhiệt van bán dẫn lúc đó dòng điện van cần chọn là:
Idmv=kIIvlv
Trong đó kI là hệ số xét tới điều kiện tỏa nhiệt van
Khi chọn theo dòng điện, ngoài việc tính chọn theo dòng điện làm việc dài hạn
nhƣ đã tính ở trên, dòng điện này có đƣợc tính chọn theo điều kiện phát nhiệt của van
bán dẫn. Một số loại tải, bản thân chế độ làm việc của chúng có dòng điện quá độ I qđ
khá lớn, chẳng hạn nhƣ động cơ điện không đồng bộ. Khi mở máy động cơ không
đồng bộ dòng điện lớn từ 5-7 lần dòng định mức. Khi chọn van bán dẫn dòng điện quá
độ này đƣợc xét nhƣ thế nào?.
Khi dòng điện quá độ này xảy ra trong khoảng thời gian ngắn, cỡ vài giây, quán
tính nhiệt chƣa đũ quá nhiệt cho van lúc đó chúng ta chỉ cần kiểm tra Iqđ < Ix (Ix là
dòng điện xung của van bán dẫn).
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 18
NGUYỄN HỮU LINH
- GVHD: TH.S HOÀNG DUY KHANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ
Đƣợc phép bỏ qua quán tính nhiệt của van bán dẫn là vì: khi chọn van, chúng ta
có hệ số kI đủ lớn, bản thân kI này nói lên rằng chúng ta đã chọn dòng điện của van
bán dẫn lớn hơn dòng điện làm việc thực của chúng. Với điều kiện tỏa nhiệt nào đó,
thời gian qua tải ngắn hạn chƣa đủ để quá nhiệt, lúc đó chỉ cần đảm bảo dòng điện
chạy qua không vƣợt quá dòng cực đại là đƣợc.
Khi dòng điện quá độ xãy ra trong thời gian dài hơ n, lúc đó cần xét tới dòng
điện quá độ, bằng cách thay đổi hệ số kI lớn hơn. Việc xét ảnh hƣởng của dòng quá độ
phải khảo sát một bài toán nhiệt khá phức tạp, nhƣ tính ra công suất lúc quá độ, tính
đƣợc thời gian quá độ, có diện tích bề mặt tỏa nhiệt, điệu kiện làm mát nghĩa là giải
phƣơng trình :
d
P = A C
dt
Trong đó : P tổn hao trên van bằng Rv i2lv biến thiên
A là hệ số tỏa nhiệt đặc trƣng cho điều kiện làm mát
C là nhiệt dung của van và cánh tỏa nhiệt
là độ chênh nhiệt với môi trƣờng
Trong trƣờng hợp này nếu thời gian quá độ đến hàng nhiều phút, thì dòng điện
van có thể phải chọn theo dòng điện quá độ, nếu thời gian quá độ nhỏ không đến hàng
phút thì dòng điện đƣợc lựa chọn bằng cách thay đổi K i ở một mức độ nhất định nào
đó là đủ.
b.Tính chọn van theo điện áp :
Với các sơ đồ điều áp ba pha không trung tính, điện áp của van bán dẫn nên chọn
theo điện áp dây của lƣới. Do đó điện áp làm việc cực đại U lv của van bán dẫn đƣợc
tính:
U lv 2U d 6U f =537,4V
Trong đó: Ud - điện áp dây của lƣới ba pha.
Uf - điện áp pha
Điện áp của van bán dẫn Uv đựơc chọn:
Uv=Kdt.Ulv
Trong đó Kdt hệ số dự trữ điện áp thƣờng chọn Kdt>1,6. Chọn Kdt=1,8.
Tuỳ theo khả năng thiết bị mà ta có hệ số Kdt có thể càng lớn càng tốt .
Sau khi tính đƣợc dòng điện và điện áp, tra các sổ tra cứu hoặc bảng...., trong tài
liệu này, chọn đƣợc linh kiện cần tìm, kiểm tra lại linh kiện này theo dòng điện quá độ.
c. Bảo vệ các linh kiện bán dẫn:
Cũng nhƣ các thiết bị bán dẫn khác, ở đây bảo vệ van bán dẫn cũng cần có các
loại bảo vệ nhƣ (Hình 2.5). Các loại bảo vệ thông dụng, bao gồm bảo vệ ngắn mạch
bằng Aptomat AT, dòng điện định mức của Aptomat đƣợc chọn bằng (1,1 - 1,3) lần
dòng điện định mức của tải, dòng điện ngắn mạch của Aptomát đƣợc chỉnh lớn hơn
dòng điện quá độ của tải IQĐ nhƣng nhỏ hơn dòng điện xung của van bán dẫn Ixv
SVTH: TRƢƠNG VĂN LINH – Lớp Đ2-K4 Trang : 19
NGUYỄN HỮU LINH
nguon tai.lieu . vn
