Đồ án Thiết kế bộ khởi động động cơ không đồng bộ ba pha

Lêi nãi ®Çu Mét trong nh÷ng môc tiªu quan träng hµng ®Çu mµ §¶ng vµ Nhµ n­íc ®· ®Æt lµ tiÕn tr×nh c«ng nghÖ ho¸ , hiÖn ®¹i ho¸ ®Êt n­íc. §Ó tiÕn hµnh c«ng nghÖ ho¸ , hiÖn ®¹i ho¸ c¸c doanh nghiÖp cÇn ph¶i tiÕn hµnh x©y dùng l¹i c¸c nhµ m¸y , c¬ së s¶n xuÊt, trang thiÕt bÞ m¸y mãc ®­a c«ng nghÖ hiÖn ®¹i ho¸ vµo s¶n xuÊt . H¬n thÕ n÷a , ®Ó vËn hµnh tèt c¸c nhµ m¸y cÇn ph¶i cã mét ®éi ngò c«ng nh©n kü thuËt cã tr×nh ®é chuyªn m«n cao. Lµ mét sinh viªn s¾p tèt nghiÖp Khoa §iÖn ngµnh Tù ®éng ho¸ tr­êng ®¹i Häc B¸ch Khao Hµ Néi , em hiÓu r»ng tù ®éng ho¸ nghiÖp c«ng nghiÖp ®ãng vai trß hÕt søc quan träng trong sù ph¸t triÓn cña ngµnh c«ng nghiÖp ViÖt Nam. Trong ®ît thùc tËp tèt nghiÖp nµy em ®­îc thÇy gi¸o TS. Vâ Minh ChÝnh h­íng dÉn em thiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp víi ®Ò tµi lµ : " ThiÕt kÕ bé khëi ®éng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha ". §Ò bµi bao gåm 3 ch­¬ng : Ch­¬ng I: Giíi thiÖu vÒ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé Ch­¬ng II: Giíi thiÖu vµ tÝnh to¸n bé biÕn ®æi. Ch­¬ng III: X©y dùng vµ thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn. §Ó hoµn thµnh tèt ®­îc ®å ¸n, em ®· ®­îc sù gióp ®ì rÊt nhiÒu cña khoa §iÖn tr­êng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi vµ ®Æc biÖt lµ sù gióp ®ì tËn t×nh cña thÇy gi¸o TS. Vâ Minh ChÝnh. Sau m­êi tuÇn lµm ®å ¸n em ®· hiÓu ®­îc cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé. Vµ qua ®ã em ®· biÕt c¸ch tÝnh to¸n vµ thiªt kÕ bé khëi ®éng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé .§ã lµ nh÷ng kinh nghiÖm quý b¸u gióp em v÷ng tin h¬n trong c«ng viÖc sau nµy . MÆc dï ®· hÕt søc cè g¾ng nh­ng ®Ò tµi cña em vÉn cßn nhiÒu thiÕu sãt , em rÊt mong ®­îc sù chØ b¶o cña c¸c thÇy . Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Sinh viªn TrÇn ThÞ Ph­¬ng HiÒn Ch­¬ng I: Giíi thiÖu chung vÒ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé I- Giíi thiÖu chung vÒ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé . 1. Giíi thiÖu chung : §éng c¬ kh«ng ®ång bé lµ m¸y ®iÖn xoay chiÒu, cã tèc ®é r«to kh¸c tèc ®é stato . Tõ tr­êng quay cã thÓ lµ 1 pha , 2 pha hoÆc 3 pha, tuú thuéc vµo cÊu t¹o d©y quÊn ë stato lµ 1 pha, 2 pha hoÆc 3 pha. Theo cÊu t¹o d©y quÊn r«to , ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ®­îc chia lµm 2 lo¹i: R«to lång sãc vµ r«to d©y quÊn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé lång sãc cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n, vËn hµnh vµ b¶o qu¶n dÔ dµng , ®é tin cËy cao , gi¸ thµnh rÎ , nªn ®­îc øng dông réng r·i trong thùc tÕ. §éng c¬ kh«ng ®ång bé r«to d©y quÊn cã cÊu t¹o phøc t¹p vËn hµnh vµ b¶o qu¶n khã h¬n, ®é tin c©y kÐm h¬n, gi¸ thµnh cao h¬n nh­ng nã cã ­u ®iÓm lµ cã thÓ ®­a ®iÖn trë phô ë ngoµi vµo ®Ó c¶i thiÖn tÝnh n¨ng më m¸y vµ ®iÒu chØnh . Tèc ®é do ®ã nã kh«ng ®­îc sö dông cho nh÷ng n¬i nµo cã cÇu dao vÒ më m¸y vÒ ®iÒu chØnh tèc ®é mµ ®éng c¬ lång sãc kh«ng ®¸p øng ®­îc. Tuy nhiªn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé cã nh­îc ®iÓm lµ ®iÒu chØnh tèc ®é vµ khèng chÕ c¸c qu¸ tr×nh qu¸ ®é khã kh¨n riªng víi ®éng c¬ r«to lång sãc , c¸c chØ tiªu kh«ng ®ång bé. 2. CÊu t¹o 2.1. PhÇn tÜnh ( Stato) Trªn stato cã vá, lâi s¾t vµ d©y quÊn. a/ Vá m¸y: Vá cã t¸c dông cè ®Þnh lâi s¾t vµ d©y quÊn, kh«ng dïng ®Ó lµm m¹ch dÉn tõ. Th©n vá m¸y lµm b»ng gang . §èi víi m¸y cã P t­¬ng ®èi lín ( 1000kw) th­êng dïng tÊm kim lo¹i lµm thµnh vá. b/ Lâi s¾t. Lâi s¾t lµ phÇn dÉn tõ, v× tõ th«ng ®i qua lâi s¾t lµ tõ th«ng quay nªn ®Ó gi¶m tæn hao, lâi s¾t ®­îc lµm b»ng lâi thÐp kü thuËt ®iÖn dµy 0,5 mm ghÐp l¹i. Khi ®­êng kinh ngoµi lâi s¾t nhá h¬n 0,9mm . Th× dïng c¶ tÊm trªn ghÐp l¹i. Khi ®­êng kÝnh ngoµi lín h¬n 0,9mm th× ph¶i dïng c¸c tÊm h×nh rÎ qu¹t ghÐp l¹i : (h×nh I.1). Mçi l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn ®Òu cã phñ s¬n c¸ch ®iÖn trªn bÒ mÆt ®Ó gi¶m tæn hao do dßng ®iÖn m¸y g©y nªn. NÕu lâi s¾t ng¾n th× cã thÓ ghÐp thµnh khèi , nÕu lâi s¾t dµi th× ghÐp thµnh tõng thÕp ng¾n , mçi thÕp tõ 6 - 8 cm ®Æt c¸ch nhau 1 cm ®Ó th«ng giã cho tèt , mÆt trong cña l¸ thÐp cã sÎ r·nh ®Ó ®Æt d©y quÊn. c/ D©y quÊn D©y quÊn stato ®­îc ®Æt vµo c¸c r·nh cña lâi s¾t vµ ®­îc c¸ch ®iÖn tèt víi lâi s¾t. 2.2. PhÇn quay R«to. Cã 2 bé ph©n chÝnh: Lâi s¾t vµ d©y quÊn. a/ Lâi s¾t. Lâi s¾t dïng lµ c¸c l¸ thÐp kü thuËt nh­ stato , lâi s¾t ®­îc Ðp trùc tiÕp trªn trôc ®éng c¬ hoÆc lªn mét gi¸ roto cña ®éng c¬ phÝa ngoµi cña l¸ thÐp cã sÎ r·nh ®Ó ®Æt d©y quÊn. b/ D©y quÊn to Ph©n lµm 2 lo¹i chÝnh: Lo¹i r«to kiÓu d©y quÊn vµ lo¹i roto kiÓu lång sãc. - Lo¹i r«to kiÓu d©y quÊn: Roto cã d©y quÊn gièng d©y quÊn stato. Trong ®éng c¬ cì trung b×nh trë lªn th­êng dïng d©y quÊn kiÓu sãng 2 líp v× bít ®­îc nh÷ng d©y ®Çu nèi kÕt cÊu cña d©y quÊn trªn r«to chÆt chÏ. Trong m¸y ®iÖn cì nhá th­êng ®ång t©m mét líp. D©y quÊn 3 pha cña roto th­êng ®Êu h×nh sao cßn ba ®Çu kia ®­îc nèi vµo ba r·nh tr­ît th­êng lµm b»ng ®ång ®Æt cè ®Þnh ë mét ®Çu trôc vµ th«ng qua chæi than cã thÓ ®Êu víi m¹ch dùa? Bªn ngoµi . §Æc biÖt cña roto kiÓu d©y quÊn lµ cã thÓ th«ng qua chæi than ®­a ®iÖn trë phô vµo m¹ch ®iÖn roto ®Ó c¶i thiÖn hÖ sè c«ng suÊt cña m¸y khi m¸y lµm viÖc b×nh th­êng. D©y quÊn roto ®­îc nèi ng¾n m¹ch. - Lo¹i roto kiÓu lång sãc , kÕt cÊu cña lo¹i d©y quÊn nµy rÊt kh¸c, víi d©y quÊn stato trong mçi r·nh cña lâi s¾t roto ®Æt vµo thanh dÉn b»ng ®ång hay nh«m dµi ra khái lâi s¾t vµ ®­îc nèi t¾t l¹i ë hai ®Çu b»ng 2 vµnh ng¾n m¹ch b»ng ®ång hay nh«m lµm thµnh mét c¸i lång gäi lµ lång sãc. D©y quÊn r«to lång sãc kh«ng c¸ch ®iÖn víi lâi s¾t . §Ó c¶i thiÖn tÝnh n¨ng më m¸y trong m¸y c«ng suÊt lín. R·nh roto cã thÓ lµm thµnh d¹ng r·nh s©u hoÆc lµm thµnh hai r·nh lång sãc kÝn trong m¸y cã c«ng suÊt nhá , r·nh r«to th­êng ®­îc lµm chÐo ®i mét gãc so víi t©m trôc. 2.3. Khe hë. V× r«to lµ mét khèi trßn nªn khe hë ®Çu . Khe hë trong ®éng c¬ kh«ng ®ångbé rÊt nhá ( tõ 0,2 ¸ 1 mm ) . ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn tõ ho¸ lÊy tõ l­íi lªn vµ nh­ vËy míi cã thÓ lµmcho hÖ sè c«ng suÊt cña m¸y cao h¬n. II- Nguyªn lý lµm viÖc cña ®éng c¬ K§B 3 pha. Sau khi nèi th«ng cuén d©y stato víi nguån ®iÖn 3 pha , th× sÏ s¶n sinh ra tõ tr­êng quay. NÕu tõ tr­êng quay theo chiÒu kim ®ång hå th× theo quya t¾c bµn tay ph¶i d©y dÉn cña roto ë phÝa cùc N c¾t tõ tr­êng , dßng ®iÖn c¶m øng ®i theo chiÒu xuyªn tõ mÆt giÊy ra. D©y dÉn nµy chÞu t¸c dông cña lùc ®ã sÏ lµm cho roto quay theo chiÒu kim ®ång hå . T­¬ng tù nh­ vËy ë phÝa cùc S , roto chÞu t¸c dông cña lùc còng quay theo chiÒu kim ®ång hå . C¸c lùc ®iÖn tõ ®ã t¹o thµnh mét m«men ®iÖn tõ ®èi víi trôc quay, do ®ã lµm cho r«t quay theo chiÒu quay c¶u tõ tr­êng quay. N S n1 F n Tèc ®é quay cña N2 cña roto lu«n lu«n nhá h¬n tèc ®é quay cña n1 cña tõ tr­êng quay ( tèc ®é quay ®ång bé ). NÕu tèc ®é quay cña roto ®¹t ®Õn tèc ®é quay ®ång bé th× kh«ng cßn cã sù chuyÓn ®éng t­¬ng ®èi gi÷a nã vµ tõ tr­êng n÷a. D©y ®iÖn cña r«to sÏ kh«ng c¾t ®­êng søc do ®ã søc ®iÖn ®éng c¶m øng , dßng ®iÖn vµ momen ®iÖn tõ cña nã ®Òu b»ng 0 . Do ®ã ta thÊy roto lu«n quay theo tõ tr­êng quay víi tèc ®é n2 < n1 . Nguyªn lý lµm viÖc cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé. Ta gäi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé v× tèc ®é quay n2 cña roto kh«ng b»ng tèc ®é quay ®ång bé cña tr­êng quay cña roto . Trong ®ã: n1 - n2 : Lµ hiÖu sè tèc ®é quay cña ®éng c¬ K§B. Tû sè gi÷a hiÖu sè tèc ®é quay víi tèc ®é quay ®ång bé gäi lµ ®é tr­ît . Ký hiÖu lµ S : Khi ®éng c¬ K§B 3 pha ë tr¹ng th¸i phô t¶i ®Þnh møc th× ®é tr­ît cña nã rÊt bÐ ( 0,02 ¸ 0,06). Sau khi nèi th«ng cuén d©y stato cña ®éng c¬ K§B víi nguån ®iÖn xoay chiÒu 3 pha , qua t¸c dông cña tõ tr­êng quay sÏ truyÒn ®iÖn n¨ng cho r«to . HiÖn t­îng nµy gièng nh­ tõ tr­êng biÕn ®æi xoay chiÒu ë trong lâi s¾t cña MBA truyÒn ®iÖn n¨ng tõ cuén s¬ cÊp cho s¬ cÊp cho cuén thø cÊp. Do ®ã khi dßng ®iÖn trong roto t¨ng lªn th× dßng ®iÖn trong stato còng t¨ng lªn. Momen ®iÖn tõ (M) cña ®éng c¬ K§B tû lÖ thuËn víi tÝch cña tõ th«ng quay (f) vµ thµnh phÇn t¸c dông cña dßng ®iÖn roto (I2 cosj2 ) M = CM . I2 cosj2 CM: Lµ h»ng sè momen cña ®éng c¬ K§B §èi víi mét ®éng c¬ ®· chÕ t¹o hoµn chØnh th× nã lµ mét trÞ sè x¸c ®Þnh kh«ng ®æi, th× trÞ sè f ë c«ng thøc trªn vÒ c¬ b¶n kh«ng thay ®æi nªn momen ®iÖn tö cña ®éng c¬ K§B tuú thuéc vµo dßng ®iÖn I2 cña roto vµ hÖ sè c«ng suÊt cosj2 cña m¹ch ®iÖn roto. - Khi n1 - n2 gi¶m th× I2 gi¶m. Khi b¾t ®Çu khëi ®éng ®éng c¬ , roto ch­a quay , do ®ã hiÖu sè tèc ®é quay n1 - n2 = n1 , lóc nµy d©y dÉn cña roto c¾t tõ tr­êng quay víi tèc ®é lín nhÊt . Khi roto b¾t ®Çu quay th× tèc ®é t­¬ng ®èi cña d©y dÉn roto c¾t tõ tr­êng quay gi¶m xuèng, n1 - n2 gi¶m xuèng do ®ã I2 gi¶m . - Khi n1 - n2 gi¶m th× cosj2 t¨ng lªn . M¹ch ®iÖn r«to t­¬ng ®­¬ng víi mét cuén d©y quÊn trªn lâi s¾t nã còng cã c¶m kh¸ng, ®é lín cña c¶m kh¸ng tû lÖ thuËn víi tÇn sè cña dßng ®iÖn trong roto . C¶m kh¸ng cµng nhá th× cosj cµng lín . TÇn sè cña dßng ®iÖn trong roto gi¶m khi n1 - n2 gi¶m -> cosj t¨ng. Ta thÊy quan hÖ gi÷a momen ®iÖn tõ vµ ®é tr­ît kh¸ phøc t¹p , ®ã lµ mét ®­êng cong quan träng biÓu thÞ ®Æc tÝnh vËn hµnh cña ®éng c¬ K§B cho ta thÊy ®é tr­ît khi momen ®iÖn tõ thay ®æi. - Mmax : Momen cùc ®¹i - Mx® : Momen khëi ®éng - M®m : Momen ®Þnh møc - Sth : §é tr­ît tíi h¹n. M Sth S = 1 M®m Mmax Mkdd S §­êng cong momen cña ®éng c¬ K§B Sau khi ®Êu ®éng c¬ víi nguån ®iÖn ë thêi ®iÓm b¾t ®Çu khëi ®éng S = 1 , lóc nµy I2 lín nhÊt, cosj nhá nhÊt gäi lµ momen khëi ®éng. NÕu Mk® lín h¬n momen c¶n ë trªn trôc cña ®éng c¬ th× roto sÏ quay vµ t¨ng dÇn tèc ®é , momen ®iÖn tõ cña ®éng c¬ còng t¨ng dÇn theo ®o¹n ®­êng cong BA lªn tíi ®iÓm A, sau khi ®¹t ®Õn momen cùc ®¹i Mmaxl¹i gi¶m dÇn theo ®o¹n ®­êng cong AO . Khi M = Mc¶n th× ®éng c¬ sÏ quay theo mét tèc ®é kh«ng ®æi vµ vËn hµnh æn ®Þnh theo ®o¹n ®­êng cong OA. Khi ®éng c¬ lµm viÖc æn ®Þnh ë OA , nÕu t¨ng momen c¶n ( t¨ng phô t¶i) th× tèc ®é quay cña ®éng c¬ gi¶m xuèng ( S t¨ng lªn ) lµm cho momen ®iÖn tõ t¨ng lªn . Do ®ã t¹o nªn sù c©n b»ng míi víi momen c¶n, nÕu phô t¶i t¨ng lªn ®Õn møc lµm cho momen c¶n v­ît qu¸ momen cùc ®¹i. NÕu phô t¶i t¨ng lªn ®Õn møc lµm cho momen c¶n v­ît qua momen cùc ®¹i , th× tèc ®é quay cña ®éng c¬ sÏ gi¶m xuèng nhanh chãng cho ®Õn khi dõng l¹i. Do ®ã ph¹m vi lµm viÖc æn ®Þnh cña ®éng c¬ chØ h¹n chÕ ë trong ®o¹n ®­êng cong OA. Khi ®éng c¬ lµm viÖc liªn tôc vµ l©u dµi, trªn trôc ®éng c¬ truyÒn ra mét momen ®Þnh møc. Momen ®Þnh møc cña ®éng c¬ ph¶i nhá h¬n momen cùc ®¹i. NÕu khi thiÕt kÕ cho momen ®Þnh møc gÇn b»ng momen cùc ®¹i , th× khi h¬i qu¸ t¶i mét Ýt ®éng c¬ sÏ dõng l¹i ngay. Do ®ã ®éng c¬ ph¶i cã mét kh¶ n¨ng qu¸ t¶i nhÊt ®Þnh , kh¶ n¨ng qu¸ t¶i lµ tû sè gi÷a momen cùc ®¹i vµ momen ®Þnh møc kÝ hiÖu Trªn ®©y ta xÐt khi ®iÖn ¸p cña nguån ®iÖn kh«ng thay®æi, nÕu ®iÖn ¸p thay ®æi th× tõ c«ng thøc : M= CM . f.I2.cosj2 Ta thÊy: V× f vµ I2 ®Òu thay ®æi theo ®iÖn ¸p U nªn M biÕn ®æi theo U2 . Nh­ vËy ®iÖn ¸p cã ¶nh h­ëng kh¸ lín ®èi víi momen ®iÖn tõ cña ®éng c¬ K§B. §iÖn ¸p thÊp th× dßng ®iÖn trong stato t¨ng lªn cã thÓ lµm ch¸y ®éng c¬ , do ®ã c¸c ®éng c¬ cì lín ®Òu cã thiÕt bÞ b¶o vÖ ®iÖn ¸p thÊp ( hoÆc kÐm ®iÖn ¸p ). III- ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé. * Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ . §Ó thµnh lËp ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ta dùa vµo ®å thay thÕ víi c¸c gi¶ thiÕt sau: - 3 pha cña ®éng c¬ lµ ®èi xøng. - C¸c th«ng sè cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé kh«ng ®æi. - Tæng dÉn m¹ch tõ ho¸ kh«ng thay ®æi, dßng ®iÖn tõ ho¸ kh«ng phô thuéc t¶i mµ chØ phô thuéc vµo ®iÖn ¸p ®Æt vµo stato ®éng c¬. - Bá qua c¸c tæn thÊt ma s¸t, tæn thÊt trong lâi thÐp. - §iÖn ¸p l­íi hoµn toµn sin ®èi søng ba pha Ta cã s¬ ®å thay thÕ. Trong ®ã : U1f : §iÖn ¸p pha ®Æt vµo stato Im , I1,I'2 : C¸c dßng ®iÖn tõ ho¸, stato vµ dßng ®iÖn roto ®· qui ®æi vÒ stato Xm,X1,X2: §iÖn kh¸ng m¹ch tõ ho¸ , ®iÖn kh¸ng t¶n stato vµ ®iÖn kh¸ng t¶n roto ®· qui ®æi vÒ stato. Rm,R1,R2: C¸c ®iÖn trë t¸c dông cña m¹ch tõ ho¸ cña cuén d©y stato vµ roto ®· qui ®æi vÒ stato. S: §é tr­ît cña ®éng c¬, ®Æc tr­ng cho tèc ®é quay ®éng c¬ K§B víi tõ tr­êng quay. W0: Tèc ®é tõ tr­êng quay. : Tèc ®é gãc cña ®éngc¬ f: TÇn sè ®iÖn ¸p nguån ®Æt vµo stato p: Sè ®«i cùc tõ ®éng c¬. Dùa vµo s¬ ®å thay thÕ ta tÝnh ®­îc dßng ®iÖn stato (1-11) ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh dßng ®iÖn stato - Khi =0 -> S = 0 Dßng kh«ng t¶i I1 = - Khi = 0 -> S = 1 -> I1 = Gäi lµ I1 ng¾n m¹ch. -> I'2 = (H×nh 1.5) C«ng suÊt ®iÖn tõ chuyÓn tõ stato sang roto P12 = M®t. 0 M®t: Momen ®iÖn tõ cña ®éng c¬ NÕu bá qua c¸c tæn thÊt phô th× M®t = M = M C«ng suÊt ®­îc chia thµnh 2 phÇn Pc¬: C«ng suÊt ®­a ra trªn trôc ®éng c¬ ÑP2: C«ng suÊt tæn hao ®éng trong roto P12 = Pc¬ +ÑP2 -> M0 = M+ÑP2 -> ÑP2 = M.( 0 - ) = M0.S MÆt kh¸c : ÑP2 = Nªn: M = Thay I'2 ®· tÝnh ®­îc ë trªn vµo ta ®­îc: BiÓu thøc trªn lµ ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ K§B Kh¶o s¸t : b»ng c¸ch gi¶i ta x¸c ®Þnh ®­îc c¸c ®iÓm cùc trÞ. TrÞ sè cña M vµ S t¹i ®iÓm cùc trÞ ký hiÖu lµ Mth vµ Sth Thay vµo ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh ta ®­îc. DÊu (+) øng víi chÕ ®é ®éng c¬ DÊu (-) øng víi chÕ ®é m¸y ph¸t H×nh 1.6: §å thÞ ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ K§B Khi nghiªn cøu hÖ truyÒn ®éng víi ®éng c¬ K§B. Ng­êi ta quan t©m ®Õn tr¹ng th¸i lµm viÖc cña ®éng c¬ nªn ®­êng ®Æc tÝnh c¬ th­êng biÓu diÔn kho¶ng tèc ®é 0 £ S £ Sth H×nh 1.7 §Æc tÝnh c¬ b¶n cña ®éng c¬ K§B = f (M) trong chÕ ®é ®éng c¬ §¬n gi¶n ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬: Trong ®ã : §èi víi c¸c ®éng c¬ c«ng suÊt lín th­êng R1 rÊt nhá so víi Xnm lóc nµy cã thÓ bá qua R1, coi R1 = 0 ; a.Sth = 0 ta cã. Trong ®ã: IV - C¸c ph­¬ng ph¸p më m¸y cña ®éng c¬ K§B §iÒu kiÖn më m¸y lµ: Mm>Mco ( momen c¸n ban ®Çu trªn trôc m¸y) Khi më m¸y th­êng Im ( 5 - 7 ) I®m . V× vËy nÕu cïng mét lóc cã nhiÒu ®éng c¬ më m¸y th× dßng ®iÖn tæng tõ l­íi ®iÖn quèc gia vµo xÝ nghiÖp sÏ lín -> M®mc gi¶m. Thêi gian më m¸y tm lín -> aptomat tæng bÞ t¸c ®éng -> mÊt ®iÖn toµn xÝ nghiÖp -> ta ph¶i t×m c¸ch gi¶m dßng më m¸y. Tuú theo tÝnh chÊt cña t¶i vµ t×nh h×nh cña l­íi ®iÖn yªu cÇu vÒ më m¸y ®èi víi ®éng c¬ ®iÖn còng kh¸c nhau. Nãi chung khi më m¸y ®éng c¬ cÇn xÐt ®Õn yªu cÇu c¬ b¶n sau: - Ph¶i cã momen më m¸y ®ñ lín ®Ó thÝch øng víi ®Æc tÝnh c¬ cña t¶i - Dßng ®iÖn më m¸y cµng nhá cµng tèt. - Ph­¬ng ph¸p më m¸y vµ thiÕt bÞ cÇn dïng ®¬n gi¶n, rÎ tiÒn, ch¾c ch¾n. - Tæn hao c«ng suÊt qu¸ tr×nh më m¸y cµng thÊp cµng tèt. 1. Më m¸y ®éng c¬ K§B roto lång sãc. 1.1. Më m¸y trùc tiÕp. §ãng trùc tiÕp ®éng c¬ vµo l­íi ®iÖn nhê cÇu dao. §©y lµ ph­¬ng ph¸p më m¸y ®¬n gi¶n nhÊt nh­ng lóc më m¸y trùc tiÕp, dßng ®iÖn më m¸y lín, thêi gian më m¸y qu¸ t¶i th× cã thÓ lµm cho m¸y nãng vµ ¶nh h­ëng ®Õn ®iÖn ¸p l­íi. NÕu nguån ®iÖn t­¬ng ®èi lín th× nªn dïng ph­¬ng ph¸p më m¸y nµy v× më m¸y nhanh, ®¬n gi¶n. Ph­¬ng ph¸p nµy chØ dïng trong nh÷ng ®éng c¬ cã c«ng suÊt nhá hoÆc c«ng suÊt ®éng c¬ v« cïng nhá so víi c«ng suÊt l­íi ®iÖn. H×nh 1.8 1.2. Më m¸y b»ng ph­¬ng ph¸p h¹ ®iÖn ¸p. a/ Nèi ®iÖn kh¸ng nèi tiÕp vµo m¹ch ®iÖn stato. H×nh 1.9: H¹ ¸p më m¸y b»ng ®iÖn kh¸ng. Khi më m¸y trong m¹ch ®iÖn stato ®Æt nèi tiÕp mét ®iÖn kh¸ng ta hoµn tÊt viÖc më m¸y b»ng c¸ch ®ãng cÇu dao D2 th× ®iÖn kh¸ng trªn sÏ bÞ ng¾n m¹ch. Cã thÓ ®iÒu chØnh trÞ sè mµ ®iÖn kh¸ng ®Ó cã ®­îc dßng ®iÖn më m¸y cÇn thiÕt. Do cã sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng nªn ®iÖn ¸p ®Æt vµo ®éng c¬ Ut sÏ gi¶m ®i vµ nhá h¬n ®iÖn ¸p l­íi UL. Gi¶ sö : ( kck >1) Gäi dßng ®iÖn më m¸y vµ m«men më m¸y trùc tiÕp lµ Im vµ Mm sau khi thªm ®iÖn kh¸ng vµo , dßng ®iÖn më m¸y cßn l¹i Im® Im® = V× m«men më m¸y tû lÖ víi b×nh ph­¬ng cña ®iÖn ¸p nªn : b/Dïng ®iÖn ¸p tù ngÉu h¹ ®iÖn ¸p më m¸y. H×nh 1.10: H¹ ¸p më m¸y b»ng biÕn ¸p tù ngÉu Trong s¬ ®å: T lµ biÕn ¸p tù ngÉu,bªn cao ¸p nèi víi l­íi ®iÖn , bªn h¹ ¸p nèi víi ®éng c¬. Sau khi më m¸y xong th× ta c¾t T ra b»ng c¸ch ®ãng cÇu dao D2 vµ më D3 . M¸y biÕn ¸p tù ngÉu nèi Y - Y cã ®iÓm trung b×nh tÝnh nèi ®Êt. Trong m¸y biÕn ¸p th× MÆt kh¸c dùa vµo s¬ ®å ta thÊy: U1 = Ue ; U2 = U®c ; Iml = I1 ; Im®c = I2 . -> U®c = ( Gièng ë ph­¬ng ph¸p cuén kh¸ng ) Im®c = Iml = -> Mmba = Ph­¬ng ph¸p nµy thÊy dßng ®iÖn më m¸y lÊy tõ l­íi vµo nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi ph­¬ng ph¸p më m¸y trªn. MÆt kh¸c khi lÊy tõ l­íi vµo 1 dßng ®iÖn më m¸y b»ng dßng ®iÖn më m¸y cña ph­¬ng ph¸p trªn th× ph­¬ng ph¸p nµy cã m«men më m¸y lín h¬n . §©y chÝnh lµ ­u ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p dïng biÕn ¸p tù ngÉu h¹ biÕn ¸p më m¸y. c/ Më m¸y b»ng ph­¬ng ph¸p Y - D Ph­¬ng ph¸p nµy thÝch øng víi nh÷ng m¸y khi lµm viÖc b×nh th­êng ®Êu tam gi¸c. Lóc më m¸y chuyÓn sang ®Êu Y. Nh­ vËy ®iÖn ¸p ®i vµo 2 ®Çu mçi pha chØ cßn . Khi më m¸y ®ãng cÇu dao D1 cßn cÇu dao D2 th× ®ãng xuèng d­íi ®iÓm më m¸y dÊu Y khi m¸y ®· ch¹y råi th× ®ãng cÇu dao D2 vÒ phÝa trªn m¸y ®Çu tam gi¸c Theo ph­¬ng ph¸p nµy ta cã : Khi ®Êu D ImD = Im® = Khi ®Êu Y : ( V× ®iÖn ¸p ®Æt lªn d©y quÊn gi¶m lÇn ). 3. Më m¸y ®éng c¬ kh«ng ®ång bé roto d©y quÊn. Më m¸y b»ng c¸ch ®­a ®iÖn trë phô vµo roto H×nh 1.11 Ph­¬ng ph¸p nµy chØ dïng víi nh÷ng ®éng c¬ roto d©y quÊn v× ®Æc ®iÓm cña lo¹i ®éng c¬ nµy lµ cã thÓ thªm ®iÖn trë vµo cuén d©y roto . Khi ®iÖn trë roto thay ®æi th× M = f(S) còng thay ®æi. Ta ®iÒu chØnh ®iÖn trë m¹ch ®iÖn roto thÝch hîp th× sÏ ®­îc tr¹ng th¸i më m¸y lý t­ëng. Khi cã ®iÖn trë phô Rf th× ta cã: Nh­ vËy khi cã ®iÖn trë phô th× ImRf gi¶m vµ MmRf lín . Sau khi m¸y ®· quay ®Ó gi÷ mét m«men ®iÖn tõ nhÊt ®Þnh trong qu¸ tr×nh më m¸y ta c¨t dÇn ®iÖn trë phô. Khi ta c¾t dÇn c¸c ®iÖn trë phô th× sÏ lµm thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ tõ ®­êng M = f(S) nµy sang M = f(S) kh¸c . Sau khi c¾t hÕt ®iÖn trë phô th× tèc ®é ®¹t ®Õn ®iÓm lµm viÖc sau 3 cÊp ®iÖn trë khëi ®éng Nh­ vËy dïng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé roto d©y quÊn cã thÓ ®¹t ®­îc momen më m¸y lín, dßng ®iÖn më m¸y nhá nªn ta th­êng dïng ë nh÷ng n¬i nµo më m¸y khã kh¨n , yªu cÇu më m¸y cao. CÊu t¹o phøc t¹p , b¶o qu¶n khã kh¨n, gi¸ thµnh cao... lµ nh­îc ®iÓm cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé roto d©y quÊn . V. X©y dùng m¹ch lùc * S¬ ®å m¹ch lùc * Nguyªn lý ho¹t ®éng Khi ®ãng Aptomat vµo, nguån ®iÖn qua bé biÕn ®æi ®­a ®Õn ®Ó khëi ®éng ®éng c¬. Bé khëi ®éng bao gåm 6 Thyristor m¾c song song ng­îc cã m¹ch RC ®Ó b¶o vÖ hiÖn t­îng qu¸ ®iÖn ¸p trªn Thyristor. Nhê bé biÕn ®æi nµy ta h¹ thÊp ®­îc ®iÖn ¸p tr­íc khi ®­a ®Õn khëi ®éng ®éng c¬. Khi ®éng c¬ ®· ch¹y, muèn c¾t bé biÕn ®æi ra khái hÖ thèng khëi ®éng ta Ên vµo nót M. Khi ®ã K cã ®iÖn vµ kÐo c¸c tiÕp ®iÓm K ®ãng l¹i ® c¾t bé biÕn ®æi ra khái ®éng c¬. 4 - ®¸nh gi¸ nhËn xÐt vµ lùa chän . Tr­íc khi khëi ®éng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé 3 pha nÕu ng¾t m¹ch ®iÖn 1 pha cña stato th× ®éng c¬ còng kh«ng khëi ®éng ®­îc . Nh­ng trong qu¸ tr×nh vËn hµnh , nÕu d©y ch¶y cña mét pha nµo ®ã bÞ ®øt th× ®éng c¬ vÉn tiÕp tôc quay th× m«men c¶n trªn trôc ®éng c¬ ch­a thay ®æi , nh­ vËy dßng ®iÖn ë trong m¹ch ®iÖn cña hai pha cßn l¹i sÏ t¨ng lªn ®ét ngét dÉn ®Õn hËu qu¶ lµ ®éng c¬ bÞ nãng lªn qu¸ møc vµ bÞ háng, do ®ã cÇn ph¶i ®Æc biÖt . Chó ý khi vËn hµnh ®éng c¬ kh«ng ®ång bé 3 pha cã hiÖn t­îng bÞ ®øt cÇu ch× cña mét pha nµo ®ã kh«ng . Sau khi khëi ®éng nÕu c¾t m¹ch ®iÖn cuén d©y khëi ®éng th× ®éng c¬ vÉn cã thÓ tiÕp tôc quay , ®iÒu ®ã chóng tá r»ng cuén d©y khëi ®éng kh«ng cã t¸c dông n÷a . Do ®ã trong ®éng c¬ kh«ng ®ång bé 1 pha ng­êi ta th­êng l¾p 1 c«ng t¾c ly t©m , ®Ó sau khi quay nã sÏ tù ®éng c¾t m¹ch ®iÖn cña cuén d©y khëi ®éng . NhËn xÐt: Ng­êi ta sö dông ®éng c¬ kh«ng ®ång bé trong truyÒn ®éng vµ còng cã thÓ ®iÒu khiÓn nã ®Ó cã ®­îc mäi yªu cÇu mong muèn nh­ tèc ®é kh«ng ®æi, momen kh«ng ®æi hay h·m ®éng c¬. Sù lµm m¸t ®éng c¬ th­êng tuú thuéc vµo dßng xo¸y kh«ng khÝ trong khe, do qu¹t l¾p trªn trôc ®éng c¬ t¹o nªn . Khi ®éng c¬ quay víi tèc ®é nhá h¬n ®Þnh møc th× hiÖu qu¶ lµm m¸t lín h¬n -> ph¶i gi¶m momen hay dïng th«ng giã c­ìng bøc nhê thiÕt bÞ bªn ngoµi t¹o nªn. ViÖc gi¶m c¸c tæn hao cña truyÒn ®éng lµm t¨ng hiÖu xuÊt chung vµ tiÕt kiÖm n¨ng l­îng. * Lùa chän ph­¬ng ph¸p khëi ®éng Tõ c¸c ph­¬ng ph¸p khëi ®éng trªn ta thÊy ph­¬ng ¸n 4 lµ ph­¬ng ¸n thÝch hîp nhÊt . Tr­íc hÕt ta ®i ph©n tÝch tõng ph­¬ng ¸n ®Ó thÊy ®­îc ­u nh­îc ®iÓm còng nh­ ph¹m vi øng dông cña nã. * C«ng dông cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé . Do kÕt cÊu ®¬n gi¶n , lµm viÖc ch¾c ch¾n , hiÖu xuÊt cao , gi¸ thµnh h¹ nªn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé lµ mét trong nh÷ng lo¹i ®éng c¬ ®iÖn ®­îc dïng réng r·i nhÊt trong c¸c ngµnh kinh tÕ quèc d©n víi c«ng suÊt vµi chôc ®Õn vµi ngh×n kw . Trong ngµnh c«ng nghiÖp th­êng dïng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé lµm nguån lùc cho m¸y cßn thÐp lo¹i võa vµ nhá , ®éng lùc cho c¸c m¸y c«ng cô ë c¸c nhµ m¸y c«ng nghiÖp nhÑ... trong hÇm má dïng lµm m¸y têi hay ®Þnh giã. Trong n«ng nghiÖp dïng ®Ó lµm m¸y b¬m hay m¸y chÕ biÕn n«ng s¶n phÈm. Trong ®êi sèng hµng ngµy, m¸y ®iÖn kh«ng dång bé còng dÇn chiÕm mét vÞ trÝ quan träng: Qu¹t giã , m¸y quay ®Üa ... Tãm l¹i theo sù ph¸t triÓn cña nÒn s¶n xuÊt ®iÖn khÝ ho¸ võa , tù ®éng ho¸ vµ sinh ho¹t hµng ngµy ... Ph¹m vÞ øng dông cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé ngµy cµng réng r·i. Tuy nhiªn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé còng cã nh÷ng nh­îc ®iÓm nh­ : C«ng suÊt cña ®éng c¬ kh«ng cao l¾m vµ ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh tèc ®é kh«ng tèt nªn viÖc sö dông ®éng c¬ kh«ng ®ång bé cã phÇn bÞ h¹n chÕ . - Ph­¬ng ph¸p khëi ®éng trùc tiÕp. ­u ®iÓm: Ph­¬g ph¸p nµy ®¬n gi¶n chi viÖc ®ãng trùc tiÕp ®éng c¬ vµo l­íi ®iÖn . Song nã chØ phï hîp víi nh÷ng ®éng c¬ cã c«ng suÊt nhá h¬n 50kw . Cßn víi yªu cÇu , ®éng c¬ m¸y b¬m cã P = 250 kw , ta kh«ng sö dông ®­îc ph­¬ng ph¸p nµy . - Ph­¬ng ph¸p dïng cuén kh¸ng m¾c nèi tiÕp vµo. Ph­¬ng ph¸p nµy còng dÔ thùc hiÖn , chØ viÖc ®èng AP1 vµ sau thêi gian khëi ®éng AP2 tù ®ãng l¹i . Tuy nhiªn ph­¬ng ph¸p nµy th­êng xuÊt hiÖn tia löa ®iÖn g©y nguy hiÓm cho ng­êi vËn hµnh . Thªm vµo ®ã ph­¬ng ph¸p nµy khëi ®éng theo cÊp ®iÖn ¸p -> rÊt tèn , thiÕt bÞ cång kÒnh , gi¸ thµnh cao => kh«ng sö dông - Ph­¬ng ph¸p Y - D §èi víi ph­¬ng ph¸p nµy chØ thÝch hîp víi lo¹i ®éng c¬ ®ång bé lµ lo¹i ®éng c¬ cã cÊp ®æi nèi Y - D lµ 380/600 => ®éng c¬ b¬m lµ 380/220 -> kh«ng thÝch hîp. - Ph­¬ng ph¸p dïng Thyristor. Tõ viÖc ph©n tÝch trªn ta thÊy ph­¬ng ph¸p nµy lµ tèi ­u nhÊt, dïng ph­¬ng ph¸p nµy võa h¹ ®­îc ®iÖn ¸p ( dïng ®iÒu ¸p xoay chiÒu song song ng­îc ) thªm vµo ®ã khëi ®éng ªm , kh«ng ph¸t sinh tia löa ®iÖn , cã thÓ huy ®éng c«ng suÊt nhá , ®iÒu khiÓn ®­îc c«ng suÊt lín, vËn hµnh ®¬n gi¶n, an toµn vµ ®é tin cËy cao. Ch­¬ng II C¸c bé biÕn ®æi xung ¸p C¸c bé biÕn ®æi xung ¸p cã chøc n¨ng biÕn ®æi møc ®iÖn ¸p . Nguyªn lý biÕn ®æi xung ¸p lµ dïng mét phÇn tö kho¸ nèi t¶i vµo nguån trong mét thêi gian nhÊt ®Þnh tx trong kho¶ng tõ 0 - T ta thay ®æi ®­îc gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p gia t¶i trong chu kú T . Nguyªn lý biÕn ®æi ®iÖn ¸p nµy cã ­u ®iÓm c¬ b¶n lµ: Cã thÓ thay ®æi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p trong mét ph¹m vi réng mµ hiÖu suÊt cña bé biÕn ®æi rÊt cao vµ tæn thÊt trong bé biÕn ®æi chñ yÕu lµ trªn pÇn tö ®ãng c¾t rÊt nhá. C¸c bé biÕn ®æi xung ¸p xoay chiÒu. C¸c bé biÕn ®æi xung ¸p xoay chiÒu , dïng ®Ó ®iÒu chØnh gi¸ trÞ ®iÖn ¸p xoay chiÒu víi hiÖu suÊt cao. Xung ¸p xoay chiÒu chñ yÕu sö dông c¸c Thyristor m¾c song song ng­îc hoÆc Triac ®Ó thay ®æi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p trong nöa chu kú cña ®iÖn ¸p l­íi theo gãc më a -> Tõ ®ã thay ®æi ®­îc gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p ra t¶i . * C¸c s¬ ®å van . Xung ¸p xoay chiÒu sö dông c¸c s¬ ®å van c¬ b¶n nh­ sau. C¸c s¬ ®å nµy lµ t­¬ng ®­¬ng nhau trong chøc n¨ng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu a/ Thyristor ®Êu song song ng­îc b/ CÇu Diot c/Triac Ta nhËn thÊy trong 3 s¬ ®å trªn th× s¬ ®å a ®­îc sö dông nhiÒu nhÊt v× : Nh­ ta ®· biÕt van b¸n dÉn phï hîp nhÊt cho biÕn ®æi xung ¸p xoay chiÒu lµ Triac v× ®©y lµ lo¹i duy nhÊt cho dßng xoay chiÒu ®i qua nã . Tuy nhiªn ng­êi ta th­êng dïng Thyristor ®Êu song song ng­îc thay cho Triac, lóc nµy mçi Thyristor theo mét chiÒu nhÊt ®Þnh nªn tæng l¹i dßng qua côm Thyristor lµ xoay chiÒu . Thªm vµo ®ã viÖc më a cho kho¸ Thyristor dÔ h¬n Triac. Cßn ®èi víi s¬ ®å b, nÕu thay Thyrystor b»ng mät trazitor th× cã thÓ thùc hiÖn ®­îc ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p b»ng ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®é réng xung ë m«Üo nöa chu kú ®iÖn ¸p l­íi. Tuy nhiªn tæn hao c«ng suÊt trong s¬ ®å nµy cao h¬n c¸c s¬ ®å a, c. I. Xung ¸p xoay chiÒu 1 pha 1. Tr­êng hîp t¶i thuÇn trë a. S¬ ®å nguyªn lý b. D¹ng ®iÖn ¸p c. C«ng thøc tÝnh to¸n * Gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p trªn t¶i = * Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng t¶i * C«ng suÊt t¸c dông cung cÊp cho m¹ch t¶i. P = Uc.Ic = * Gi¸ trÞ trung b×nh dßng qua Thyristor - Dßng ®iÖn qua Thyristor chØ tån t¹i trong mét nöa chu kú -> nªn trÞ sè hiÖu dông dßng qua Thyristor lµ : IT = - TrÞ sè trung b×nh dßng qua Thyristor * Dßng qua Thyristor trong mét chu kú cã d¹ng : Víi 0 < cã iT = Víi : -> iT = 0 -> Itb = * §iÖn ¸p tèi ®a ®Æt trªn van : UTmax = Umax = d/ Nguyªn lý lµm viÖc cña m¹ch xung ¸p xoay chiÒu mét pha víi t¶i thuÇn trë. - Khi T1 më th× mét phÇn cña nöa chu kú d­¬ng , ®iÖn ¸p nguån ®Æt lªn m¹ch t¶i , khi T2 më th× mét phÇn cña nöa chu kú ©m ®iÖn ¸p nguån ®Æt lªn m¹ch t¶i. Gãc më a ®ù¬c tÝnh tõ thêi ®iÓm ®i qua gi¸ trÞ 0 cña ®iÖn ¸p nguån ( V) Khi ®ã dßng ®iÖn t¶i : it = víi a < < Dßng ®iÖn t¶i kh«ng cã dßng cña mét h×nh sin . Theo khai triÓn Fourier nã gåm thµnh phÇn c¬ b¶n vµ c¸c sãng hµi bËc cao Thµnh phÇn sãng c¬ b¶n cña dßng ®iÖn t¶i i lÖch chËm sau ®iÖn ¸p nguån (V) mét gãc j . => Ngay c¶ trong tr­êng hîp t¶i thuÇn trë l­íi ®iÖn xoay chiÒu vÉn ph¶i cung cÊp mét l­îng c«ng suÊt ph¶n kh¸ng. Tõ c«ng thøc tÝnh P ta thÊy : B»ng c¸ch lµm biÕn ®æi gãc a tõ 0 ¸ p ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc c«ng suÊt t¸c dông cung cÊp cho m¹ch t¶i tõ gi¸ trÞ cùc ®¹i: Pmax = 2.Tr­êng hîp t¶i thuÇn c¶m a/ S¬ ®å nguyªn lý : b/ D¹ng ®iÖn ¸p c/ C«ng thøc tÝnh to¸n * Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn t¶i. -> * Gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p trªn t¶i -> * C«ng suÊt m¹ch t¶i tiªu thô ( c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ) P = Uc . Ic = d/ Nguyªn lý lµm viÖc cña XAAC 1 pha víi t¶i thuÇn c¶m. Khi q = a cho xung më T1 , dßng ®iÖn t¶i t¨ng dÉn lªn vµ ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i sau ®ã gi¶m xuèng vµ ®¹t gi¸ trÞ 0 khi q = b. Khi Thyristor T1 më , ta cã ph­¬ng tr×nh. H»ng sè tÝch ph©n I0 ®­îc x¸c ®Þnh theo sù kiÖn : Khi q = a th× i = 0 . Cuèi cïng ta nhËn ®­îc biÓu thøc cña dßng ®iÖn t¶i. Gãc b ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch thay q = b khi i = 0 -> b = Khi q = p + a cho xung më T2 §Ó s¬ ®å lµm viÖc nghiªm chØnh khi t¶i thuÇn c¶m ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn : b £ p + a -> Do ®ã gãc a ph¶i n»m trong giíi h¹n : Dßng ®iÖn t¶i lµ dßng gi¸n ®o¹n do dßng i1 , i2 t¹o nªn . Khai triÓn Fourier cña nã bao gåm thµnh phÇn sãng c¬ b¶n ( i) vµ c¸c thµnh phÇn sãng hµi bËc cao Thµnh phÇn sãng c¬ b¶n lÖch chËm sau ®iÖn ¸p nguån (V) mét gãc lµ ®éc lËp víi gãc më 3. Tr­êng hîp t¶i (R+L) a. S¬ ®å nguyªn lý b. D¹ng ®iÖn ¸p : c. C«ng thøc tÝnh to¸n : * Gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p nhËn ®­îc trªn t¶i : Uc = U . * Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn t¶i : * C«ng suÊt t¸c dông cung cÊp cho m¹ch Ph¹m vi ®iÒu chØnh gãc ®iÒu khiÓn a Víi t¶i trë kh¸ng , ®Ó ®iÖn ¸p ra t¶i thay ®æi tõ 0 ®Õn b»ng ®iÖn ¸p nguån th× ph¹m vi ®iÒu chØnh gãc ®iÒu khiÓn : j < a < 1800 Trong ®ã : d/ Nguyªn lý lµm viÖc cña §AXC mét pha víi t¶i trë c¶m. Khi Thyristor T1 më ra ta cã ph­¬ng tr×nh. H»ng sè tÝch ph©n A ®­îc x¸c ®Þnh theo sù kiÖn: Khi q = a th× i = 0 -> BiÓu thøc cña dßng i cã d¹ng BiÓu thøc trªn ®óng trong kho¶ng tõ (q - a) ¸q = b Gãc b ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch thay q =b vµ ®¹t i=o Sin ( b -j ) - sin (a -b) = 0 Víi II- Xung ¸p xoay chiÒu 3 pha Qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña XAAC 3 pha phøc t¹p h¬n nhiÒu so víi 1 pha v× c¸c pha ¶nh h­ëng m¹nh sang nhau vµ cßn tuú thuéc vµo nhiÒu yÕu tè : s¬ ®å ®Êu van, gãc ®iÒu kiÖn cô thÓ , tÝnh chÊt t¶i . Th«ng th­êng ,khi ph©n tÝch sù ho¹t ®éng cña s¬ ®å ta ph¶i x¸c ®Þnh lóc nµo c¶ 3 pha cïng dÉn , lóc nµo chØ cã 2 pha dÉn còng nh­ kho¶ng dÉn cña c¸c van . NÕu mçi pha chØ cã mét van dÉn th× toµn bé ®iÖn ¸p 3 pha nguån ®Òu nèi t¶i NÕu chØ 2 pha cã van dÉn th× mét pha nguån bÞ c¾t khái t¶i -> do ®ã ®iÖn ¸p ®­a ra t¶i lµ ®iÖn ¸p d©y nµo ®ang cã van dÉn Kh«ng cã tr­êng hîp chØ cã mét pha dÉn dßng Ta l­u ý r»ng trong hÖ thèng ®iÖn ¸p 3 pha, dßng cã thÓ ch¶y qua c¶ 3 pha hoÆc chØ qua 2 pha Khi dßng ch¶y qua c¶ 3 pha th× ®iÖn ¸p trªn mçi pha ®óng b»ng ®iÖn ¸p pha Khi dßng ch¶y qua c¶ 2 pha th× ®iÖn ¸p trªn pha t­¬ng øng b»ng ®iÖn ¸p d©y Sau ®©y ta ph©n tÝch sù ho¹t ®éng cña s¬ ®å qua c¸c tr­êng hîp sau : Víi 0 : ChØ cã c¸c giai ®o¹n 3 van vµ 2 van cïng dÉn Víi 600 : ChØ cã c¸c giai ®o¹n 2 van cïng dÉn Víi 900: ChØ cã c¸c giai ®o¹n 2 van dÉn hoÆc kh«ng cã van nµo dÉn c¶ 1. S¬ ®å ®Êu Y cã trung tÝnh ~ ~ ~ 2. S¬ ®å t¶i ®Êu Y kh«ng trung tÝnh ~ ~ ~ 3. S¬ ®å t¶i ®Êu D ~ ~ ~ Quy luËt chung: ë mçi thêi ®iÓm trong mét pha chØ cã thÕ cã mét van dÉn -> trong m¹ch sè l­îng van ®ång thêi dÉn lín nhÊt lµ 3 van . Trªn h×nh vÏ chØ tr×nh bµy d¹ng ®iÖn ¸p t¶i ®Êu sao cã trung tÝnh , t¶i ®Êu kh«ng cã trung tÝnh vµ t¶i ®Êu sao. iii. D¹ng ®iÖn ¸p 1. a = 0 - 600 . Trong ph¹m vi gãc a nµy sÏ cã c¸c giai ®o¹n 3 van vµ 2 van dÉn xen kÏ nhau * C«ng thøc tÝnh to¸n * Gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p pha t¶i. Uan = * C«ng suÊt P: = -> P = Nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å XAXC 3 pha Dïng 6 Thyristor ®©u song song ng­îc ®Êu víi t¶i thuÇn trë, t¶i ®Êu theo h×nh sao vµ c¸ch ly víi nguån a = 30 +Trong kho¶ng : q = q1 ¸q2 Van mét ®Énßng ë pha A ; Van6 dÉn ë pha B ; van 5 dÉn ë pha C -> dßng cã thÓ ch¶y qua 3 pha -> Cã UZA = UA + Trong kho¶ng : q = q2 - q3 Van mét dÉn ë pha A ; van 6 dÉn ë pha B -> dßng cã thÓ ch¶y qua 2 pha -> cã UZA = 1/2. UAB + Trong kho¶ng : q = q3 - q4 Van 1 dÉn ë pha A ; Van 2 dÉn ë pha C ; Van 6 dÉn ë pha B -> UZA = 1/2. UAB + Trong kho¶ng : q = q4 - q5 Van 1 dÉn ë pha A ; Van 2 dÉn ë pha C -> UZA = 1/2. UAB + Trong kho¶ng : q = q5 - q6 Van 1 dÉn ë pha A ; Van 2 dÉn ë pha C ; Van 3 dÉn ë pha B -> UZA = UA 2. Tr­êng hîp : q = 600 - 900 Trong ph¹m vi nµy lu«n chØ cã c¸c giai ®o¹n 2 van dÉn : §å thÞ ®iÖn ¸p pha A , a = 750, gãc dÉn cña Thyristor kh«ng ®æi * C«ng thøc tÝnh to¸n * Gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p qu¸ t¶i. Uan = * C«ng suÊt: P = 3. Tr­êng hîp : 900 <a < 1200 * D¹ng ®iÖn ¸p * C«ng thøc tÝnh to¸n Trong tr­êng hîp nµy chØ cã c¸c giai ®o¹n 2 van dÉn hoÆc kh«ng van nµo dÉn c¶ P = -> P = 4 - §¸nh gi¸ vµ nhËn xÐt Qua c¸c ph­¬ng ph¸p trªn ta thÊy: a. S¬ ®å t¶i ®Êu Y cã trung tÝnh : ¦u ®iÓm: - S¬ ®å gièng hÖt 3 m¹ch ®iÒu ¸p 1 pha ®iÒu khiÓn dÞch pha theo ®iÖn ¸p l­íi do ®ã ®iÖn ¸p trªn c¸c van b¸n dÉn nhá h¬n v× ®iÖn ¸p ®Æt vµo van b¸n dÉn lµ ®iÖn ¸p 3 pha. C¸c van ®Êu ë ®iÖn trung tÝnh nªn sè van gi¶m ®i mét nöa. Nh­îc ®iÓm: Tuy nhiªn ph­¬ng ph¸p nµy ®ßi hái ta ph¶i ra ®óng 6 ®Çu d©y mµ bé khëi ®éng cña ta kh«ng phï hîp. ChÝnh v× vËy ta kh«ng sö dông s¬ ®å nµy. b. S¬ ®å t¶i ®Êu D : HiÖn nay s¬ ®å t¶i ®Êu D lµ s¬ ®å th«ng dông nh­ng v× s¬ ®å kh«ng cã ®iÓm trung tÝnh nªn ta kh«ng sö dông s¬ ®ß nµy. c. S¬ ®å t¶i ®Êu Y kh«ng cã ®iÓm trung tÝnh: Qua c¸c s¬ ®å trªn ta nhËn thÊy s¬ ®å nµy lµ s¬ ®å ®¸p øng ®­îc ®Çy ®ñ nh÷ng yªu cÇu mµ ®Ò tµi ®Æt ra. ChÝnh v× vËy ta lùa chän s¬ ®å nµy. S¬ ®å nµy cã nhiÒu ®iÓm kh¸c víi s¬ ®å cã d©y trung tÝnh . ë ®©y dßng ®iÖn ch¹y gi÷a c¸c pha víi nhau nªn ®ång thêi ph¶i cÊp xung ®iÒu khiÓn cho 2 Thyristor cña 2 pha mét lóc . Tuy nhiªn ë s¬ ®å nµy còng cã h¹n chÕ lµ viÖc cÊp xung ®iÒu khiÓn nh­ thÕ ®«i khi gÆp khã kh¨n trong m¹ch ®iÒu khiÓn, ngay c¶ khi viÖc ®æi thø tù pha nguån l­íi còng cã thÓ lµm cho s¬ ®å kh«ng ho¹t ®éng IV- TÝnh chän vµ b¶o vÖ van: 1. C¸c ®iÒu kiÖn ®Ó tÝnh chän vµ b¶o vÖ van . * C¸c ®iÒu kiÖn ®Ó b¶o vÖ van: - Khi chän van ta ph¶i chó ý tíi c¸c th«ng sè ®Ò bµi ®· cho , ë ®©y ta cã : P = 250 (kw) , cosj = 0,85 , U = 380/220 , kÌm theo c¸c yªu cÇu sau ®©y ®èi víi van lµ : - §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt Ungmax - Gi¸ trÞ trung b×nh cho phÐp ®èi víi dßng ®iÖn Itb - §iÒu kiÖn lµm m¸t cho van - HÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn , ®iÖn ¸p. * §iÒu kiÖn lµm m¸t cho van: - V× van b¸n dÉn rÊt nh¹y c¶m víi nhiÖt ®é , nªn khi lµm viÖc nÕu nhiÖt ®é mÆt ghÐp v­ít qu¸ nhiÖt ®é cho phÐp th× dï trong thêi gian rÊt ng¾n còng cã thÓ ph¸ háng thiÕt bÞ b¸n dÉn . ChÝnh v× vËy mµ ta ph¶i cã nh÷ng biÖn ph¸p lµm m¸t ®Ó ®¶m b¶o an toµn cho c¸c van b¸n dÉn . Th«ng th­êng ta cã 3 ph­¬ng ph¸p lµm m¸t sau. - Lµm m¸t tù nhiªn : dïng c¸nh t¶n nhiÖt vµ th«ng giã tù nhiªn , ph­¬ng ph¸p nµy ®¹t hiÖu suÊt 25%-30%. - Lµm m¸t b»ng th«ng giã c­ìng bøc : b»ng c¸ch l¾p qu¹t giã vµo c¸nh t¶n nhiÖt víi tèc ®é 15 m/s , hiÖu suÊt sö dông 30% - 40%. - Lµm m¸t b»ng n­íc : Cho n­íc ch¶y tuÇn hoµn qua van, hiÖu suÊt cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ 90%. - C¨n cø d÷ kiÖn ®Ò bµi ta chän ph­¬ng ph¸p lµm m¸t b»ng th«ng giã c­ìng bøc víi tèc ®é qu¹t lµ 12 m/s. * §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt ®Æt lªn van lµ : Ungmax = U2 =.220 = 538,9 (V) *§iÖn ¸p van cÇn cã lµ : Uv = ku.Ungmax = 1,6.38,9 = 862,2 (V) Ku - lµ hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p * Dßng ®iÖn t¶i lµ : It = Thay sè vµo ta ®ù¬c : It = = 447 (A) Dßng ®iÖn trung b×nh qua van lµ : Itbv = (A) Thay sè vµo ta ®­îc : Ibv = 896 (A) Ki =1,4 lµ hÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn Víi c¸c sè liÖu trªn ®Ó ®¶m b¶o an toµn ta chän van TB- 320 víi c¸c th«ng sè cña van nh­ sau : Gi¸ trÞ dßng t¶i trung b×nh cho phÐp ®èi víi dßng ®iÖn :I = 630(A) §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt : Ungmax = 1000 (V) §iÖn ¸p r¬i trªn van : = 1 (V) Thêi gian kho¸ : toff = 100 (s) Dßng ®iÒu khiÓn : I®k = 300A §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn : U®k = 7 (V) = 50 (A) = 100 (V/s) 2. B¶o vÖ van khi vËn hµnh : - Thyristor rÊt nh¹y c¶m víi nhiÖt ®é , qu¸ ®iÖn ¸p ®Þnh møc cã thÓ lµm háng van . V× vËy ta ph¶i cã nh÷ng biÖn ph¸p b¶o vÖ cho van - Th«ng th­êng cã hai nguyªn nh©n : -Nguyªn nh©n néi t¹i : Do sù tÝch tô trong c¸c van b¸n dÉn , khi kho¸ Thyristor b»ng ®iÖn ¸p ng­îc g©y ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m.Gi÷a c¸c An«t vµ Kat«t cña Tiristor xuÊt hiÖn qu¸ ¸p. -Nguyªn nh©n bªn ngoµi: nh÷ng nguyªn nh©n nµy th­êng x¶y ra ngÉu nhiªn nh­ khi ®ãng c¾t kh«ng t¶i m¸y biªn ¸p , khi cÇu ch× b¶o vÖ nh¶y , khi cã sÊm sÐt... §Ó b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p ng­êi ta th­êng dïng m¹ch R- C ®Êu song song víi Thyristor ®Ó b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do tÝch tô ®iÖn tÝch khi chuyÓn m¹ch g©y nªn. ch­¬ng iii : thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn I- S¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn Ur Uc S 1 T 1 2 3 4 Trong ®ã : Ucm : §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn(®iÖn ¸p 1 chiÒu) Ur : §iÖn ¸p ®ång b, hoÆc ®iÖn ¸p xoay chiÒu HiÖu ®iÖn ¸p Ucm – Ur ®­îc ®­a vµo kh©u so s¸nh lµm viÖc nh­ mét Trig¬ . Khi Ucm – Ur = 0 th× Trig¬ lËt tr¹ng th¸i, ë ®Çu ra cña nã nhËn ®­îc mét chuçi xung h×nh ch÷ nhËt. Kh©u 2 lµ mét ®a hµi mét tr¹ng th¸i æn ®Þnh Kh©u 3 lµ kh©u khuÕch ®¹i xung. Kh©u 4 lµ kh©u biÕn ¸p xung. B»ng c¸ch t¸c ®éng vµo Ucm ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc vÞ trÝ cña xung ®iÒu khiÓn tøc lµ ®iÒu chØnh ®­îc gãc më a. II- C¸c nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn. Cã hai nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn c¬ b¶n sau ®©y: 1- Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh Trong nguyªn t¾c nµy ng­êi ta dïng hai ®iÖn ¸p ®ã lµ: Dßng ¸p ®ång bé Ur cã d¹ng r¨ng c­a , ®ång bé víi ®iÖn ¸p ®Æt trªn anèt- catèt cña Thyristor. §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Uc lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é. Tæng ®¹i sè cña Ur+ Uc ®­îc ®­a tíi ®Çu vµo cña nét kh©u so s¸nh. Nh­ vËy b»ng c¸ch lµm biÕn ®æi Uc ng­êi ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc gãc më a Khi Uc = 0 ta cã a = 0 Khi Uc 0 Khi ®ã Uc vµ a cã quan hÖ : a = Ng­êi ta lÊy Ucmax = Urmax . VËy a = (Ur+Uc) Uc Uc p 2p Uc wt a Ur 2- Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng ARCCOS. Theo nguyªn t¾c nµy ng­êi ta còng dïng hai ®iÖn ¸p: §iÖn ¸p ®ång bé Ur v­ît tr­íc ®iÖn ¸p anèt- catèt cña Thyristor mét gãc b»ng p/2. ( Víi UAK= Asin(wt) th× Ur= B cos(wt) ) §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Uc lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é theo hai h­íng : d­¬ng vµ ©m. ( h×nh vÏ) a U U Ur 0 wt Uc Ur Tæng ®¹i sè (Ur+Uc) ®­îc ®­a ®Õn ®Çu vµo cña mét kh©u so s¸nh Khi Ur+Uc= 0 th× ta nhËn ®­îc mét xung ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh Uc+ Bcosa = 0 Khi ®ã a= arccos(a/b) . Ng­êi ta lÊy b= Ucmax. Khi Uc= 0 th× a = p/2. Khi Uc= Ucmax th× a = p Khi Uc= -Ucmax th× a = 0 Nh­ vËy : Khi cho Uc biÕn thiªn tõ (-Ucmax) ®Õn (+Ucmax) th× a biÕn thiªn tõ 0 ®Õn p. III - Chøc n¨ng vµ nh÷ng yªu cÇu c¬ b¶n ®èi víi hÖ thèng ®iÒu khiÓn M¹ch ®iÒu khiÓn cã c¸c chøc n¨ng sau : - §iÓu khiÓn ®­îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn trong ph¹m vi nöa chu kú d­¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn anèt, ca tèt, Thyristor. - T¹o ra ®­îc c¸c xung ®ñ ®iÒu kiÖn më ®­îc Thyristor ( xung ®iÒu khiÓn th­êng cã biªn ®é tõ 2 ®Õn 10V, ®é réng xung tx = 20 ®Õn 100 ms ®èi víi thiÕt bÞ chØnh l­u, tx £ 10 ms ®èi víi thiÕt bÞ biÕn ®æi tÇn sè cao) §é réng xung ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc : tx = Trong ®ã: Idt - dßng duy tr× cña Thyristor di - tèc ®é t¨ng tr­ëng cña dßng t¶i dt - thêi gian x¶y ra sù t¨ng tr­ëng cña dßng t¶i HÖ thèng ®iÒu khiÓn c¸c thiÕt bÞ biÕn ®æi dïng ®Ó h×nh thµnh vµ t¹o ra c¸c xung ®iÒu khiÓn cã d¹ng xung vµ so s¸nh ®é réng xung nhÊt ®Þnh, ph©n bè chóng theo c¸c pha vµ thay ®æi thêi ®iÓm ®­a xung kÝch th«ng vµo c¸c van cña bé biÕn ®æi. C¸c yªu cÇu c¬ b¶n cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn c¸cbé biÕn ®æi phô thuéc vµo d¹ng phÇn tö, c¸c chÕ ®é lµm viÖc cña chóng vµ ®Æc tÝnh cña t¶i. V× vËy c¸c yªu cÇu chÝnh cÇn cã cña m¹ch ®iÒu khiÓn lµ: §¶m b¶o ph¸t xung víi ®ñ c¸c yªu cÇu ®Ó më van: - §ñ biªn ®é Uc. - §ñ ®é réng xung(tc). - S­ên xung ph¶i ng¾n(ts= 0,5¸1ms) U 1s tc - §¶m b¶o tÝnh ®èi xøng ®èi víi c¸c kªnh ®iÒu khiÓn. C¸c xung ®iÒu khiÓn ph¶i ®¶m b¶o ®èi xøng theo pha. NÕu kh«ng ®¶m b¶o ®èi xøng c¸c xung ®iÒu khiÓn th× c¸c Thyristor cña bé biÕn ®æi nhiÒu pha sÏ g©y ra sù kh«ng c©n b»ng vÒ gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ch¶y qua c¸c Thyristor ®ã. Víi s¬ ®å ®iÒu khiÓn c¸c Thyristor trong s¬ ®å chØnh l­u nhiÒu pha th× ®é lÖch pha cho phÐp cña c¸c xung ®iÒu khiÓn ë c¸c kªnh kh¸c nhau ph¶i ë trong ph¹m vi tõ 10¸30 øng víi cïng mét gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn.(h×nh vÏ) 10¸30 600 1200 1800 00 V1 V2 V3 2400 3000 V5 V4 V6 3600 - §¶m b¶o c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc. BiÕn ¸p xung th­êng ®­îc sö dông nh­ mét kh©u truyÒn xung cuèi cïng ë tÇng khuÕch ®¹i so s¸nh t¹i xung. §iÖn ¸p chÞu ®ùng gi÷a s¬ cÊp vµ thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p ph¶i ®¹t ®­îc tõ 1500V ®Õn 2000V khi s¬ ®å lµm viÖc víi ®iÖn ¸p l­íi ®iÖn 1240 VAC. - §¶m b¶o ®óng quy luËt thay ®æi vÒ pha cña xung ®iÒu khiÓn . §©y lµ yªu cÇu ®Ó ®¶m b¶o ph¹m vi ®iÒu chØnh cña gãc ®iÒu khiÓn a. VÝ dô: §èi víi chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn hoÆc c¸c s¬ ®å biÕn ®æi xung ¸p xoay chiÒu , th«ng th­êng ®èi víi chØnh l­u ®iÒu khiÓn th× gãc ®iÒu khiÓn a ph¶i thay ®æi ®­îc trong ph¹m vi 100¸1700. - Cã thÓ h¹n chÕ ®­îc ph¹m vi ®iÒu chØnh cña gãc a kh«ng phô thuéc vµo sù thay ®æi cña ®iÖn ¸p l­íi. - Kh«ng g©y nhiÔu ®èi víi c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®iÖn tö kh¸c ë xung quanh. - Cã kh¶ n¨ng b¶o vÖ qu¸ ¸p , qu¸ dßng, mÊt pha… vµ b¸o hiÖu khi cã sù cè. IV. X©y dùng m¹ch ®iÒu khiÓn 1. Kh©u ®ång pha §©y lµ kh©u t¹o ®iÖn ¸p d¹ng xung vu«ng cã pha ®ång pha víi ®iÖn ¸p nguån , ®Ó thùc hiÖn ®­îc ®iÒu nµy ta sö dông IC khuyÕch ®¹i thuËt to¸n trong x©y dùng m¹ch ®iÒu khiÓn. - §iÖn ¸p nguån nu«i: V= 518 -HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a cæng ®¶o vµ kh«ng ®¶o U®=25(V) -NhiÖt ®é vËn hµnh: T=-250 850C a. S¬ ®å cÊu tróc ch©n +V 3 7 6 2 4 - V H×nh 3.1 Nh×n vµo ®Æc tÝnh khuyÕch ®¹i ta thÊy Ur , Uv2 rÊt nhá -> ®èi víi c¸c K§P chØ cÇn mét biÕn thiªn rÊt nhá cña Uv còng g©y ra Ubh ®Çu ra do ®ã ta ®Êu bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n kh«ng cã nèi tiÕp nh­ h×nh d­íi ®©y th× nã lµ mét kh©u so s¸nh cã ®Æc tÝnh truyÒn ®¹t thø 2 Ur = Nh­ vËy qua ph©n tÝch ta thÊy khi ®­a ®iÖn ¸p xoay chiÒu ®ång ba pha víi Uv lín h¬n UVk® vµ so s¸nh víi U® th× ta ®­îc xung ®ång bé * S¬ ®å nèi chi tiÕt kh©u ®ång pha. OA1 D1 R1 D2 R2 VR1 U~ +E -E 6 7 4 3 2 - O O E b. Nguyªn lý ho¹t ®éng : TÝn hiÖu xoay chiÒu h¹ ¸p qua D1,D2 ®­îc läc thµnh 1 chiÒu lÊy nöa d­¬ng tÝn hiÖu nµy ®­îc ®em so s¸nh víi tÝn hiÖu ®Æt trªn VR3 so s¸nh (cïng dÊu) khi Uv>U® xung ra mang phÇn ©m ®Çu ra cña kh©u ®«ng pha ta ®­îc xung cã hai nöa ©m d­¬ng ®ång pha víi ®iÖn ¸p nguån xoay chiÒu c. C«ng thøc tÝnh to¸n kh©u ®ång pha Uthø cÊp ba = U2=12v ®­a vµo D1,D2 Us¬ cÊp ba =U1=220v U®=I Chän R0=1kW Id = Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn ®iot D1 ,D2 : Ung=v Chän D1,D2 lo¹i IN 4007 cã Ung=50 v §iÖn trë R2 ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®i vµo khuÕch ®¹i thuËt to¸n 0A1 th­êng chän R1sao cho dßng ®iÖn ®i vµo khuÕch ®¹i thuËt to¸n Iv < 1mA Do ®ã R1 §iÖn ¸p U2= Chän nhá b»ng 50 ®Ó d¶i ®iÒu chØnh lín, ta cã : U0= v Chän ®iÖn trë R2,VR3 theo ph©n ¸p sau: U0= -> R2 + VR3=10VR3 -> R2= 9VR3 -> R2 =9(kW ) Chän VR3=1kW 2. Kh©u t¹o r¨ng c­a. a. S¬ ®å nguyªn lý : b. D¹ng ®iÖn ¸p U4 q q U3 C1 R4 D3 OA2 R5 R6 D4 c. Nguyªn lý ho¹t ®éng Bãng T1 dïng ®Ó lµm nguån dßng n¹p cho tô C, nhê c¸ch m¾c theo s¬ ®å baz¬ chung nªn dßng IC rÊt æn ®Þnh. Khi T2 bÞ kho¸ tô C sÏ ®­îc n¹p ®iÖn bëi dßng IC = const vµ tuyÕn tÝnh. Khi ®­a xung vµo më T2, T2 më vµ tô C sÏ phãng ®iÖn qua T2 d. C«ng thøc tÝnh to¸n * TÝnh dßng ®iÖn n¹p cña tô C1 : Chän OA2 lµ lo¹i mA741, tô C1 cã U = 35 V , C = 0,47 mF Chän UC1max = UC2max = 10 V ë ®©y ta chän chu k× phãng n¹p cho tô lµ 10 ms Thêi gian n¹p tn = 0,56 ms Thêi gian phãng tp = 9,44 ms Dßng ®iÖn n¹p lµ: In = = iC Gi¸ trÞ ®iÖn tÝch trªn tô lµ : CC(t) = - = U - tp Khi t = tp th× Ut = 0 Þ U = tp ,(víi E = 12 V ) Thay sè : 12 = Þ R4 = 10 ( kW ) Chän ®ièt D3, D4 lo¹i 1N 4009 Chän R6 = 10 kW 3. Kh©u so s¸nh. M¹ch so s¸nh thùc hiÖn hai tÝn hiÖu lµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®­îc ®Æt vµo cöa (+) cña OA3 vµ ®iÖn ¸p r¨ng c­a ®Æt vµo cöa (-) cña OA3. ë ®©y ta chän OA3 lo¹i m P741 a. S¬ ®å nguyªn lý. E +E OA3 R7 D5 U§k -E b. D¹ng ®iÖn ¸p. q U5 U4 q U®k c. Nguyªn lý ho¹t ®éng : TÝn hiÖu r¨ng c­a ®­îc ®­a vµo cöa (+) cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®­îc ®em so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn trªn VR2 so s¸nh ng­îc, khi nµo tÝn hiÖu r¨ng c­a nhá h¬n tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn th× suy ra khuÕch ®¹i thuËt to¸n mang phÇn d­¬ng, khi tÝn hiÖu RC lín h¬n tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn th× xung ra mang phÇn ©m -> ®Çu ra cña kh©u so s¸nh ®­îc 1 xung cã c¶ phÇn ©m phÇn d­¬ng qua ®iot D5 läc bít phÇn (-) ®i vµ xung ra chØ cßn nöa (+) ®em xung nµy trén víi xung chïm ë kh©u t¹o xung chïm vµ ®­a ra cöa BE cña T1,T2 kh©u khuÕch ®¹i d. TÝnh to¸n th«ng sè kh©u so s¸nh. U0= U®k- Ur U®k= E - UR8 Theo ph©n ¸p t¹i ®iÓm A ta cã : U®k= -> U®k theo l1 vÏ chän = v U®k= 6,7 v chän E = -15 (v) -> Gi¸ trÞ E = 15 v v -> R8=12,4 VR2 Chän VR2=10k th× R8=12,4k Chän R7= R8 + Rc Rc=14 (kW) R8=4,5 kW R7=7,5kW 4. Kh©u t¹o xung chïm. a. S¬ ®å nguyªn lý b. D¹ng ®iÖn ¸p Uchïmt C2 R13 R11 R10 R12 OA4 D9 Uc Ur + - T1 T2 c. Nguyªn lý ho¹t ®éng : Khi ®­a nguån nu«i +E,-E vµo ®Çu ra cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n 0A4 cã ®iÖn ¸p. Gi¶ sö Ua(+) qua R tô C ®ù¬c n¹p ®iÖn 0A4. So s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p ®­îc ®Æt lÊy qua ph©n ¸p qua R11,R12 ®Æt vµo khuÕch ®¹i Uc lín dÇn b»ng ®iÖn ¸p ®Çu ra so s¸nh tr¸i dÊu Uc víi U®Æt. Uc >U®Æt ®¶o dÊu lªn xuèng liªn tiÕp v× Uc lóc n¹p lóc phãng trong kh©u "t¹o xung chïm". ë m¹ch ®iÒu khiÓn ®Çu ra m¾c thªm 1 Tranzitor thuËn ®Ó lo¹i nöa (+) cña xung ®i lÊy nöa (-). Khi ®ã nguån E phãng ®iÖn qua EC ®em trén víi xung ra cña kh©u so s¸nh. d. TÝnh to¸n th«ng sè vµ chän m¹ch dao ®éng t¹o xe dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n. Ur=E Chän R12=R11 = 10 kW ->T1=T2 -> T = 2.R10C2ln(1+2) -> T= 2,2.R10.C2 T=2,2.R10.C2 -> Chän tô C2= 0,1mF LÊy f=10kHz -> T = (s) = 100.10-6 (s) = 100 (ms) R10= kW Chän T2 lo¹i Tranzitor thuËn A564, R13 = 10 kW - U=50 (v) - I = 100 mA - b = 10 U®k > URC th× ®Çu ra cña OA3 lµ ®iÖn ¸p d­¬ng ( + ) U®k < URC th× ®Çu ra cña OA3 lµ ®iÖn ¸p ©m ( - ) 5. TÝnh kh©u khuÕch ®¹i xung vµ biÕn ¸p xung 5.1- TÝnh BAX Theo phÇn tÝnh chän van ta ®· chän Thyristor cã: Ug = 7 V Ig = 300 mA * Ta chän s¬ bé: - VËt liÖu lµm lâi s¾t lµ thÐp Perit HM lâi cã d¹ng h×nh trô cã DH = 50 A/m vµ DB = 0,7 T, cã khe hë kh«ng khÝ. - Tû sè m¸y biÕn ¸p xung chän m = 1,5 - §iÖn ¸p thø cÊp : U2 = Ug = 7 V - §iÖn ¸p s¬ cÊp : U1 = m ´ U2 = 1,5 ´ 7 = 10,5 V - Dßng ®iÖn thø cÊp: I2 = Ig = 600 mA - Dßng ®iÖn s¬ cÊp: I1 = = = 400 mA - §é réng xung : tx = 600ms = 6´10-4 s - Møc sôt biªn ®é xung : S = 0,15 Chän ®é tõ thÈm kh«ng khÝ m0 = 10-6 H/m - §é tõ thÈm trung b×nh m tb cña lâi thÐp: m tb = m tb = = 1,4 ´ 104 H/m ThÓ tÝch lâi thÐp : V = V = = 12 cm3 Chän Q = 2,25 (cm2) a = 1,5(cm) , b = 1,5 (cm) h = 3 (cm) Ký hiÖu lâi thÐp III 12´10 - Chän hÖ sè lÊp ®Çy K = 0,76 - Sè vßng d©y cuén s¬ cÊpBAX: W1 = = = 870 vßng - Sè vßng d©y cuén thø cÊp BAX: W2 = = = 580 vßng Chän J1 = J2 = 2 A/mm2 - TiÕt diÖn d©y s¬ cÊp: S1 = = = 0,2 mm - §­êng kÝnh d©y s¬ cÊp: d1 = = = 0,6 mm - TiÕt diÖn d©y thø cÊp: S2 = = = 0,3 mm §­êng kÝnh d©y thø cÊp: d2 = = = 0,6 mm Thùc tÕ ta th­êng dïng BAX b»ng vËt liÖu ferit cã kÝch th­íc vá ngoµi vµ g«ng h×nh trô lµ 30 x 25 (mm2) . 5.2- TÝnh chän kh©u khuÕch ®¹i xung a. S¬ ®å nguyªn lý + E2 R14 D8 D9 D6 D11 D10 R10 T1 T1 T2 R11 b. Nguyªn lý ho¹t ®éng Kh©u khuÕch ®¹i xung lµm nhiÖm vô khuÕch ®¹i tÝn hiÖu xung U7 ë ®iÓm 7 thµnh tÝn hiÖu còng cã biªn ®é , ®é réng vµ c«ng suÊt ®ñ lín ®Ó kÝck më tranzito T1. c. C«ng thøc tÝnh to¸n Chän c¸c ®ièt D6 , D7 , D8 lo¹i 2608 cã c¸c th«ng sè sau: U = 220 V I = 5 A Chän bãng tranzito c«ng suÊt T2 lo¹i HI 1061 cã c¸c th«ng sè sau: UEC = 35 V IEC = 5 A b = 100 Ta cã : IEC T2 = I1BAX = 0,4 A TÝnh ®­îc dßng IBT2 : IBT2 = = = 40mA ( ë ®©y ta chän b = 10 ) Þ IECT1 = IBT2 = 40 mA * TÝnh dßng IBT1 : ( Víi bT1 = 10 ) IBT1 == = 4 mA ë ®©y ta chän tranzito T1 lo¹i C828 cã c¸c th«ng sè sau: UEC = 250 V IEC = 350 mA ; b = 100 * TÝnh ®iÖn trë R11 Th«ng th­êng sôt ¸p trªn tranzito lµ kho¶ng 0,6 V VËy : R11 = = = 1,5 W Chän c¸c ®iÖn trë R10 =R14 = 10 kW Bé ph¸t xung cho kªnh ®iÒu khiÓn Thyristor T2 còng cã th«ng sè t­¬ng tù. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn D¹ng ®iÖn ¸p Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn Khi cÊp nguån xoay chiÒu vµo phÝa s¬ cÊp cña biÕn ¸p ®ång pha dÉn ®Õn ®iÖn ¸p bªn phÝa thø cÊp sÏ ®­îc chØnh l­u qua diot D1, D2 ®Ó t¹o ra ®iÖn ¸p ®ång pha ®­a vµo cöa ©m cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n OA1 vµ ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p U0 ®Æt vµo cöa d­¬ng OA1. Khi ®ã ®iÖn ¸p t¹i c¸c ®iÓm 1 vµ 2 ta ®­îc d¹ng ®iÖn ¸p t¹i c¸c ®iÓm ®­îc tr×nh bµy trªn b¶n vÏ lµ U1, U2. §iÖn ¸p ®ång pha ®­îc ®­a vµo kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a (dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n OA2) ®Ó t¹o ra ®iÖn ¸p RC cã xung ®iÖn ¸p ®ång bé víi ®iÖn ¸p nguån. D¹ng ®iÖn ¸p ra cña kh©u t¹o ®iÖn ¸p RC lµ U3 . - Sau ®ã ®iÖn ¸p RC ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn nhë khuÕch ®¹i thuËt to¸n OA3, ®iÖn ¸p RC ®­a vµo cöa d­¬ng cña OA3 cßn ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®­îc ®­a vµo cöa ©m cña OA3 víi nhiÖm vô lµ t¹o ra xung ®iÒu khiÓn. NÕu Udk > URC . ë ®Çu ra cña OA3 ta nhËn ®­îc xung ©m NÕu U®k < URC ë ®Çu ra cña OA3 ta nhËn ®­îc xung d­¬ng Vµ ®iÖn ¸p ®o ®­îc ë ®Çu ra cña OA3 chÝnh lµ U4. Kh©u ph¸t xung chïm sö dông khuÕch ®¹i thuËt to¸n OA4, nhê sù phãng n¹p cña tô C lÆp ®i lÆp l¹i nhiÒu lÇn ta nhËn ®­îc xung chïm cã tÇn sè f = 10 KHz. Khi ®ã ta ®­îc ®iÖn ¸p t¹i ®iÓm 5 lµ U5. Xung ®iÒu khiÓn ( U4 ) vµ xung chïm (U5) cïng ®­îc ®­a vµo phÇn tö AND, sau ®ã ®­îc ®­a tíi kh©u khuÕch ®¹i xung qua ®iÖn trë h¹n chÕ R15 . Lóc nµy xung ®iÒu khiÓn lµ nh÷ng xung d­¬ng (U6) ®­îc ®­a ®Õn s¬ cÊp biÕn ¸p xung sÏ ®­îc c¶m øng sang phÝa thø cÊp biÕn ¸p xung cã cùc tÝm t­¬ng øng më c¸c ®i ®èt D8, D10 vµ ®­a dßng ®iÒu khiÓn vµo gi÷a cùc ®iÒu khiÓn catèt cña (T .) KÕt luËn Qua 10 tuÇn thùc hiÖn ®Ò tµi: ThiÕt kÕ bé khëi ®éng ®Ó khëi ®éng cho ®éng c¬ kh«ng ®ång bé 3 pha, em thÊy ®Ò tµi nµy thËt bæ Ých cho nh÷ng sinh viªn s¾p ra tr­êng nh­ chóng em, v× thùc tÕ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé lµ nh©n tè rÊt quan träng trong c«ng nghiÖp, nghiªn cøu vÒ ®Æc ®iÓm cña nã, vÒ nh÷ng ph­¬ng ph¸p khëi ®éng, ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p, tÝnh to¸n nh÷ng phÇn tö trong bé khëi ®éng ®Ó thiÕt kÕ m¹ch khëi ®éng ®éng c¬. §iÒu ®ã sÏ gióp Ých nhiÒu cho c«ng viÖc sau nµy. TËp ®ß ¸n nµy mÆc dï cßn nhiÒu h¹n chÕ, nh­ng trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi ®· gióp em tù ®¸nh gi¸ vµ hiÓu kü h¬n vÒ c¸c kiÕn thøc chuyªn m«n, ®ã còng lµ kÕt qu¶ cña nhiÒu n¨m häc tËp cïng víi sù d¹y dç rÊt tËn t×nh cña c¸c thÇy c« trong khoa, trong bé m«n T§HXNCN. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n tíi c¸c thÇy c« vµ ®Æc biÖt lµ thÇy gi¸o TS. Vâ Minh ChÝnh ®· chØ b¶o rÊt tËn t×nh ®Ó em hoµn thµnh quyÓn ®å ¸n nµy. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n. Hµ Néi, ngµy 21 th¸ng 1 n¨m 2005 Sinh viªn thùc hiÖn TrÇn ThÞ Ph­¬ng HiÒn Tµi liÖu tham kh¶o 1. TruyÒn ®éng ®iÖn Bïi Quèc Kh¸nh – NguyÔn V¨n LiÔn – NguyÔn ThÞ HiÒn 2. §iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn BÝnh 3. M¸y ®iÖn Vò Gia Hanh – TrÇn Kh¸nh Hµ - Phan Tö Thô – NguyÔn V¨n S¸u 4. §iÖn tö c«ng suÊt Vâ Minh ChÝnh – Ph¹m Quèc H¶i – TrÇn Träng Minh Môc lôc Lêi nãi ®Çu Ch­¬ng I: Giíi thiÖu chung vÒ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé I- Giíi thiÖu chung. 2 II- Nguyªn lý lµm viÖc cña ®éng c¬ K§B. 5 III- §Æc tÝnh c¬ b¶n cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé. 9 IV - C¸c ph­¬ng ph¸p më m¸y cña ®éng c¬ K§B 13 V. X©y dùng m¹ch lùc 19 Ch­¬ng II: Giíi thiÖu vÒ tÝnh to¸n bé biÕn ®æi I. Xung ¸p xoay chiÒu 1 pha 24 II- Xung ¸p xoay chiÒu 3 pha 31 III. D¹ng ®iÖn ¸p - nguyªn lý lµm viÖc 34 IV- TÝnh chän vµ b¶o vÖ van: 39 ch­¬ng iii : thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn I- S¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn 42 II- C¸c nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn. 43 III - Chøc n¨ng vµ nh÷ng yªu cÇu c¬ b¶n ®èi víi hÖ thèng ®iÒu khiÓn 46 IV. X©y dùng m¹ch ®iÒu khiÓn 49 1. Kh©u ®ång pha 49 2. Kh©u t¹o r¨ng c­a. 52 3. Kh©u so s¸nh. 53 4. Kh©u t¹o xung chïm. 55 5. TÝnh kh©u khuÕch ®¹i xung vµ biÕn ¸p xung 57 S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn 61 D¹ng ®iÖn ¸p 62 KÕt luËn 65 Tµi liÖu tham kh¶o 66 * S¬ ®å m¹ch lùc: ~ ~ ~ §K