Đồ án Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ một chiều

Ön ¸p, dßng ®iÖn mét chiÒu dùa trªn nguyªn lý ®ãng ng¾t cã chu k× nguån ®iÖn mét chiÒu. Nguyªn lý ®iÒu khiÓn Khi khãa K ®ãng dßng ®iÖn t¨ng lµm t¨ng tèc ®é ®éng c¬ vµ tÝch lòy n¨ng l­îng ®iÖn tõ cho ®iÖn c¶m trong m¹ch. Trong thêi gian khãa c¾t, n¨ng l­îng ®iÖn tõ ®· tÝch lòy sÏ phãng qua Vo ®Ó duy tr× dßng ®iÖn phÇn øng. C¸c chÕ ®é lµm viÖc ChÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc Khi dßng vµ ®iÖn c¶m trong m¹ch ®ñ lín th× n¨nsg l­îng ®iÖn tõ ®ñ duy tr× dßng ®iÖn cho ®Õn khi b¾t ®Çu chu k× míi. Khi ®ã dßng phÇn øng cã d¹ng liªn tôc. §iÖn ¸p mét chiÒu ®­îc ®iÒu chØnh b»ng bé b¨m ¸p cung cÊp cho phÇn øng cña ®éng c¬. §iÖn ¸p m«t chiÒu ®­îc b¨m víi ®iÖn ¸p trung b×nh: Ta ®iÒu chØnh th«ng qua chu k× T. Chu k× cµng nhá ( tÇn sè cµng lín f = 1 /T) th× vïng gi¸n ®o¹n cµng nhá, chÊt l­îng ®iÒu khiÓn cµng cao. ® §iÒu khiÓn b¨m ¸p cã chÊt l­îng tèt h¬n ®iÒu khiÓn chØnh l­u khi tÇn sè f cao. ChÕ ®é dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n NÕu dßng ®iÖn vµ ®iÖn c¶m cã gi¸ trÞ nhá th× ®­êng cong cã d¹ng gi¸n ®o¹n. NÕu dßng ®iÖn vµ ®iÖn c¶m cã gi¸ trÞ giíi h¹n nµo ®ã th× dßng ®iÖn cã thÓ gi¶m ®Õn 0 ®óng vµo thêi ®iÓm ®Çu cña chu k× tiÕp theo. Khi ®ã ta cã dßng biªn liªn tôc. §Æc tÝnh c¬ cña hÖ thèng w g = 0 g = 1 I, M wo Iblt wblt 0 Víi dßng ®iÖn liªn tôc: Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ §Ó ®iÒu khiÓn tèc ®é ta ®iÒu khiÓn hÖ sè g tøc lµ ®iÒu khiÓn ®é réng xung ®iÖn ¸p q trong chu k× ®iÖn ¸p. Trong vïng liªn tôc, ®Æc tÝnh c¬ lµ tËp hîp c¸c ®­êng th¼ng song song víi tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng vµ ®é cøng ®Æc tÝnh c¬: Víi dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n §Æc tÝnh c¬ lµ c¸c ®­êng cong. Còng nh­ trong hÖ CL - §, ë chÕ ®é nµy do m«men ®iÖn tõ gi¸n ®o¹n mµ ®Æc tÝnh c¬ trë nªn rÊt mÒm. Biªn giíi liªn tôc lµ ®­êng cã d¹ng nöa h×nh elip n»m ë gãc phÇn t­ thø nhÊt vµ cã d¹ng nÐt ®øt trªn h×nh vÏ. §Æc ®iÓm: ¦u ®iÓm Vèn ®Çu t­ nhá, hÖ ®¬n gi¶n, ch¾c ch¾n. §é cøng ®Æc tÝnh c¬ cao, xÊp xØ ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn. Nh­îc ®iÓm §iÖn ¸p d¹ng xung g©y ra tæn thÊt phô lín trong ®éng c¬ HÖ thèng cã thÓ lµm viÖc ë tr¹ng th¸i dßng gi¸n ®o¹n víi nh÷ng ®Æc tÝnh kÐm æn ®Þnh vµ tæn thÊt n¨ng l­îng nhiÒu. Ch­¬ng II Kh¸i qu¸t vÒ nguån chØnh l­u Bé chØnh l­u lµ bé biÕn ®æi ®iÖn ¸p xoay chiÒu thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu. Bé biÕn ®æi nµy cã thÓ lµ chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn vµ chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. C¸c bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn cã thÓ trao ®æi n¨ng l­îng theo 2 phÝa: khi n¨ng l­îng truyÒn tõ l­íi xoay chiÒu sang t¶i bé nguån lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u, khi n¨ng l­îng truyÒn theo chiÒu ng­îc l¹i tõ t¶i mét chiÒu vÒ l­íi xoay chiÒu th× bé nguån lµm viÖc ë chÕ ®é nghÞch l­u tr¶ n¨ng l­îng vÒ l­íi. D­íi ®©y ta xÐt mét sè s¬ ®å chØnh l­u th­êng gÆp: ChØnh l­u c¶ chu k× víi biÕn ¸p trung tÝnh S¬ ®å ®éng lùc Theo h×nh d¹ng s¬ ®å th× biÕn ¸p ph¶i cã hai cuén d©y thø cÊp víi th«ng sè gièng hÖt nhau, mçi cuén lµm viÖc ë nöa chu k×. §­êng cong 0 a1 a2 a3 Ud Id t T¶i ®iÖn c¶m lín Nguyªn lý §Ó ®iÒu khiÓn ®­îc ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn t¶i ta ®iÒu khiÓn gãc më a cña Tiristo hay thêi ®iÓm më. Tiristo muèn më ®­îc ph¶i cã 2 ®iÒu kiÖn: ®iÖn ¸p anod d­¬ng h¬n so víi catod vµ cã dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn. Khi Tiristo T1 ®­îc më sÏ cã dßng ®iÖn ch¹y qua t¶i vµ duy tr× T1 ë tr¹ng th¸i dÉn tíi lóc dßng ®iÖn b»ng kh«ng, lóc ®ã ®iÖn ¸p ®æi dÊu vµ kÝch më T2 ngay lËp tøc, T2 chuyÓn sang dÉn. §èi víi t¶i thuÇn trë th× dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n cßn khi t¶i cã ®iÖn c¶m th× dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n hay liªn tôc lµ do n¨ng l­îng ®iÖn tõ tÝch lòy trong cuén d©y lín hay bÐ W®t = L.i2/2 phô thuéc vµo L, i do a quyÕt ®Þnh ( NÕu a cµng lín th× i2 cµng lín , vïng gi¸n ®o¹n nhá ®i). Khi t¶i ®iÖn c¶m lín tíi møc dßng ®iÖn cña van ®ang dÉn b»ng 0 ®· më van kÕ tiÕp th× ®­êng cong ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn lµ liªn tôc. NhËn xÐt Trong s¬ ®å nµy, ®iÖn ¸p t¶i ®Ëp m¹ch trong c¶ hai nöa chu k× víi tÇn sè ®Ëp m¹ch b»ng hai lÇn tÇn sè ®iÖn ¸p xoay chiÒu. ViÖc ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn ë ®©y t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n. ViÖc chÕ t¹o biÕn ¸p phøc t¹p hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p xÊu h¬n. §iÖn ¸p ng­îc cña c¸c van b¸n dÉn ph¶i chÞu cã trÞ sè lín nhÊt trong c¸c s¬ ®å chØnh l­u: Trong chØnh l­u mét pha nÕu t¶i cã dßng ®iÖn lín vµ ®iÖn ¸p thÊp th× s¬ ®å mét pha chØnh l­u c¶ chu k× víi biÕn ¸p cã trung tÝnh cã ­u ®iÓm h¬n c¶. ChØnh l­u cÇu mét pha ChØnh l­u cÇu mét pha ®iÒu khiÓn cã ®èi xøng 0 a1 a2 a3 Ud Id t T¶i ®iÖn c¶m lín Nguyªn lý ho¹t ®éng: Trong 1/2 chu k× ®iÖn ¸p anod cña Tiristo T1 d­¬ng (khi ®ã catod T2 ©m), nÕu cÊp xung ®iÒu khiÓn dång thuËn víi ®iÒu kiÖn ph¶i c¶ hai xung cïng mét lóc th× T1, T2 sÏ dÉn. §Õn 1/2 chu k× sau ®iÖn ¸p ®æi dÊu, anod cña T3 d­¬ng, catod cña T4 ©m, nÕu cã xung ®iÒu khiÓn ®ång thêi cho c¶ 2 van th× c¸c van sÏ ®­îc më th«ng. NhËn xÐt ChØnh l­u cÇu mét pha cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p ra hoµn toµn gièng nh­ chØnh l­u c¶ chu k× víi biÕn ¸p trung tÝnh nh­ng ®iÖn ¸p ng­îc ph¶i chÞu nhá h¬n: S¬ ®å nµy ®­îc dïng víi lo¹i t¶i lµm viÖc ë chÕ ®é nghÞch l­u tr¶ n¨ng l­îng vÒ l­íi. ChØnh l­u cÇu mét pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng ChØnh l­u nµy ®­îc thùc hiÖn b»ng hai ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau: S¬ ®å cïng cùc tÝnh S¬ ®å kh«ng cïng cùc tÝnh §­êng cong: 0 Ud t 2p a2 a3 a1 p 3p H×nh d¹ng ®­êng cong ®iÖn ¸p cña hai s¬ ®å gièng nhau vµ kh«ng cã phÇn ©m ®iÖn ¸p S¬ ®å cïng cùc tÝnh C¸c van b¸n dÉn ®­îc dÉn th«ng trong mét nöa chu k×: c¸c diod dÉn tõ ®Çu ®Õn cuèi b¸n k× ®iÖn ¸p ©m catod cßn c¸c Tiristo ®­îc dÉn th«ng t¹i thêi ®iÓm cã xung më vµ bÞ khãa bëi viÖc më Tiristo ë mét nöa chu k× kÕ tiÕp. Víi s¬ ®å cïng cùc tÝnh th× ®iÖn ¸p t¶i lµ gi¸n ®o¹n dï ®iÖn c¶m b»ng hoÆc kh¸c kh«ng. Khi Ld ¹ 0 thÝ ë s¬ ®å nµy Tiristo vµ Diod cßn ®ãng vai trß x¶ n¨ng l­îng cña cuén d©y th«ng qua nguån. V× vËy cho nªn kh«ng cã phÇn ©m ®iÖn ¸p vµ kh«ng cã tr¶ n¨ng l­îng vÒ l­íi mÆc dï ®iÖn ¸p v« cïng lín. Dßng ®iÖn ch¹y qua Tiristo vµ Diod lµ b»ng nhau nªn lùa chän van b¸n dÉn vµ Diod b¸n dÉn th× cïng th«ng sè dßng ®iÖn. S¬ ®å kh«ng cïng cùc tÝnh Khi ®iÖn ¸p l­íi ®Æt vµo anod vµ catod cña c¸c van b¸n dÉn thuËn chiÒu vµ cã xung ®iÒu khiÓn th× viÖc dÉn th«ng c¸c van hoµn toµn gièng nh­ s¬ ®å trªn. Khi ®iÖn ¸p ®æi dÊu, n¨ng l­îng cña cuén d©y ®­îc x¶ ra qua c¸c diod D1, D2 _ c¸c van nµy ®ãng vai trß cña diod ng­îc, do ®ã mµ c¸c Tiristo sÏ tù ®éng khãa khi ®iÖn ¸p ®æi dÊu. H×nh d¹ng ®­êng cong ®iÖn ¸p cña s¬ ®å cÇu mét pha kh«ng cïng cùc tÝnh trïng víi ®­êng cong ®iÖn ¸p cña s¬ ®å cÇu mét pha cïng cùc tÝnh vµ kh«ng cã phÇn ©m ®iÖn ¸p ( kh«ng cã tr¶ n¨ng l­îng vÒ l­íi) Dßng ®iÖn cña Diod vµ Tiristo kh«ng b»ng nhau ®­îc thÓ hiÖn b»ng kho¶ng dÉn cña Diod vµ Tiristo khi t¶i ®iÖn c¶m: ID > IT NhËn xÐt S¬ ®å cÇu ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng cã ­u ®iÓm h¬n so víi s¬ ®å cÇu ®iÒu khiÓn ®èi xøng: T¹i mét thêi ®iÓm më Tiristo chØ cÇn mét xung ®iÒu khiÓn hay chØ cÇn mét xung dÉn. S¬ ®å ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n h¬n, gi¸ thµnh thiÕt bÞ gi¶m. S¬ ®å cÇu mét pha cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p t­¬ng ®­¬ng víi chØnh l­u c¶ chu k× víi biÕn ¸p trung tÝnh nh­ng cã ­u ®iÓm ë chç: ®iÖn ¸p ng­îc trªn van bÐ h¬n, biÕn ¸p dÔ chÕ t¹o, cã hiÖu suÊt cao h¬n, dï vËy gi¸ thµnh cao h¬n gÊp 2 lÇn. NÕu t¶i cã ®iÖn ¸p cao, dßng ®iÖn nhá th× viÖc chän s¬ ®å cÇu lµ hîp lý, th­êng dïng s¬ ®å ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng, chØ khi nµo t¶i lµm viÖc ë chÕ ®é tr¶ n¨ng l­îng vÒ l­íi th× míi dïng s¬ ®å cÇu ®iÒu khiÓn ®èi xøng. Þ Tãm l¹i, c¸c s¬ ®å chØnh l­u mét pha cho ta ®iÖn ¸p víi chÊt l­îng ch­a cao, biªn ®é ®Ëp m¹ch qu¸ lín, thµnh phÇn hµi bËc cao lín, ®iÒu nµy kh«ng ®¸p øng cho nhiÒu lo¹i t¶i. Muèn cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt h¬n chóng ta ph¶i sö dông c¸c s¬ ®å cã sè pha lín h¬n. ChØnh l­u tia 3 pha S¬ ®å BiÕn ¸p ba pha víi thø cÊp 3 cuén d©y ®Êu Y cã trung tÝnh. C¸c van b¸n dÉn nèi cïng cùc tÝnh, cùc tÝnh cßn l¹i nèi víi 3 pha. T¶i ®­îc nèi tõ ®Çu nèi cùc tÝnh cña van b¸n dÉn víi d©y trung tÝnh. Nguyªn lý Nguyªn t¾c më th«ng vµ ®iÒu khiÓn c¸c van: khi anod cña van nµo d­¬ng h¬n th× van ®ã míi ®­îc kÝch më, thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p cña hai pha giao nhau ®­îc coi lµ gãc th«ng tù nhiªn cña c¸c van b¸n dÉn. Cßn c¸c Tiristo chØ ®­îc më th«ng víi gãc më nhá nhÊt t¹i thêi ®iÓm gãc më tù nhiªn( nh­ vËy trong chØnh l­u tia 3 pha, gãc më nhá nhÊt a = 0 sÏ dÞch pha so víi ®iÖn ¸p pha mét gãc lµ 30o) ChØnh l­u tia 3 pha ®­îc ph©n biÖt bëi hai vïng më kh¸c nhau: Khi a < p/6 th× viÖc më van b¸n dÉn kh«ng phô thuéc vµo t¶i d¹ng g×. Trong vïng më ®iÖn ¸p d­¬ng c¸c Tiristo dÉn liªn tôc: cã sù chuyÓn m¹ch tõ van nµy sang van kia, kh«ng cã sù hoµn tr¶ n¨ng l­îng vÒ l­íi. C¸c ®­êng cong Ud, Id liªn tôc. Ud Id t 0 a1 a2 a4 a3 Khi a > p/6 th× Tiristo sÏ ®­îc më trong kho¶ng nµo tïy thuéc vµo tÝch chÊt cña t¶i: nÕu t¶i thuÇn trë th× ®­êng cong ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn lµ gi¸n ®o¹n cßn nÕu t¶i ®iÖn c¶m (nhÊt lµ ®iÖn c¶m lín) th× ®­êng cong dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p lµ c¸c ®­êng cong liªn tôc nhê n¨ng l­îng dù tr÷ trong cuén d©y ®ñ lín ®Ó duy tr× dßng ®iÖn khi ®iÖn ¸p ®æi dÊu. Víi t¶i ®iÖn c¶m, Tiristo ®­îc dÉn cã phÇn ©m ®iÖn ¸p nªn cã sù tr¶ n¨ng l­îng vÒ l­íi. t a2 A B C A a1 a3 a4 T¶i thuÇn trë t A B C A T¶i ®iÖn c¶m lín NhËn xÐt So víi chØnh l­u mét pha th× chØnh l­u tia 3 pha cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt h¬n, biªn ®é ®Ëp m¹ch thÊp h¬n, thµnh phÇn sãng hµi bËc cao bÐ h¬n. Khi lµm viÖc dßng ®iÖn chØ ch¹y qua mét pha víi d©y quÊn thø cÊp nªn hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p thÊp do ®ã ph¶i thiÕt kÕ biÕn ¸p cã c«ng suÊt lín h¬n lµm gi¶m hiÖu suÊt chung cña hÖ thèng. Khi chÕ t¹o biÕn ¸p ®éng lùc c¸c cuén d©y thø cÊp ph¶i ®­îc ®Êu Y víi d©y trung tÝnh ph¶i lín h¬n d©y pha ( v× d©y trung tÝnh chÞu dßng t¶i) MÆc dï chØnh l­u tia 3 pha cã ­u ®iÓm lµ ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n nh­ng nã còng cã nh­îc ®iÓm lµ ®iÖn ¸p chØnh l­u cã nhiÒu sãng ®iÒu hßa bËc cao biªn ®é lín. Do ®ã ®Ó n©ng cao chÊt l­îng dßng ®iÖn phÇn øng ta ph¶i thiÕt kÕ cuén läc víi ®iÖn c¶m lín vµ phøc t¹p. ChØnh l­u tia 3 pha th­êng ®­îc chän khi: c«ng suÊt t¶i kh«ng qu¸ lín so víi biÕn ¸p nguån cÊp, t¶i cã yªu cÇu kh«ng qu¸ cao vÒ chÊt l­îng ®iÖn ¸p mét chiÒu. §èi víi lo¹i t¶i cã ®iÖn ¸p mét chiÒu ®Þnh møc lµ 220V th× s¬ ®å tia 3 pha cã ­u ®iÓm h¬n c¶ ChØnh l­u cÇu 3 pha ChØnh l­u cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng S¬ ®å: S¬ ®å cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng cã thÓ coi nh­ hai s¬ ®å chØnh l­u tia 3 pha m¾c ng­îc chiÒu nhau: 3 Tiristo T1, T3, T5 t¹o thµnh mét chØnh l­u tia 3 pha cho ®iÖn ¸p d­¬ng t¹o thµnh nhãm anod, cßn T2, T4, T6 lµ mét chØnh l­u tia 3 pha cho ®iÖn ¸p ©m t¹o thµnh nhãm catod, hai chØnh l­u nµy ghÐp l¹i thµnh cÇu 3 pha. Nguyªn lý Theo ho¹t ®éng cña chØnh l­u cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng, dßng ®iÖn ch¹y qua t¶i lµ dßng ®iÖn ch¹y tõ pha nµy vÒ pha kia, do ®ã t¹i mçi thêi ®iÓm cÇn më Tiristo chóng ta cÇn cÊp 2 xung ®iÒu khiÓn ®ång thêi (1 xung ë nhãm anod, 1 xung ë nhãm catod). Hai xung ®iÒu khiÓn cã: mét xung chÝnh quyÕt ®Þnh gãc më, 1 xung ®ªm ®Ó cã dßng ®iÖn. Víi ®­êng cong ®iÖn ¸p gi¸n ®o¹n xung ®Öm chØ cã t¸c dông måi.CÇn chó ý r»ng thø tù cÊp xung ®iÒu khiÓn còng cÇn tu©n thñ ®óng thø tù pha. Thø tù c¸c xung ®iÒu khiÓn: Thêi ®iÓm Xung chÝnh Xung ®Õm §iÒu khiÓn ë nhãm A a1 T1 T4 a3 T3 T6 a5 T5 T2 §iÒu khiÓn ë nhãm K a4 T2 T3 a6 T4 T5 a2 T6 T1 Khi chóng ta cÊp ®óng xung ®iÒu khiÓn, dßng ®iÖn ch¹y tõ pha cã ®iÖn ¸p d­¬ng h¬n ®Õn pha cã ®iÖn ¸p ©m h¬n. A B C A a1 a2 a3 a4 a5 a6 t Uf 0 a7 Khi gãc më c¸c Tiristo lín lªn tíi gãc a > 60o vµ thµnh phÇn ®iÖn c¶m cña t¶i nhá th× ®iÖn ¸p t¶i sÏ bÞ gi¸n ®o¹n. NhËn xÐt §iÖn ¸p ng­îc cña c¸c van ph¶i chÞu ë chØnh l­u cÇu 3 pha sÏ b»ng 0 khi van dÉn vµ b»ng ®iÖn ¸p d©y khi van khãa. S¬ ®å cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng cho chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt, hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p cao, tuy nhiªn ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn phøc t¹p (cÇn më ®ång thêi 2 van theo ®óng thù tù pha) nªn trong thùc tÕ nÕu kh«ng thËt cÇn thiÕt th× tr¸nh kh«ng dïng nh­ng nÕu lµ bé nguån chØnh l­u ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu th× b¾t buéc ph¶i dïng. ChØnh l­u cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng S¬ ®å Lo¹i chØnh l­u nµy ®­îc cÊu t¹o tõ mét nhãm ®iÒu khiÓn vµ mét nhãm kh«ng ®iÒu khiÓn. Nguyªn lý PhÝa ®iÒu khiÓn: Tiristo ®­îc dÉn th«ng tõ thêi ®iÓm cã xung më cho ®Õn khi më Tiristo cña pha kÕ tiÕp. Trong tr­êng hîp ®iÖn ¸p t¶i gi¸n ®o¹n Tiristo ®­îc dÉn tõ thêi ®iÓm cã xung më cho ®Õn khi ®iÖn ¸p d©y ®æi dÊu. PhÝa kh«ng ®iÒu khiÓn: C¸c Diod tù ®éng dÉn th«ng khi ®iÖn ¸p ®Æt lªn chóng thuËn chiÒu. ChØnh l­u cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng cã dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc khi gãc më cña c¸c van dÉn a < 60o, khi gãc më t¨ng lªn vµ thµnh phÇn ®iÖn c¶m cña t¶i nhá, dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p t¶i sÏ gi¸n ®o¹n. A B C A a1 a2 a3 a4 a5 a6 t Uf 0 a7 NhËn xÐt Ta cã thÓ coi m¹ch ®iÒu khiÓn cña chØnh l­u cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng nµy nh­ ®iÒu khiÓn mét chØnh l­u tia 3 pha nh­ng hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p cao vµ chÊt l­îng ®iÖn ¸p kh¸ tèt víi biªn ®é ®Ëp m¹ch nhá. So víi chØnh l­u cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng th× trong s¬ ®å nµy viÖc kÝch më c¸c van ®iÒu khiÓn dÔ dµng h¬n nh­ng biªn ®é ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l­u lín h¬n, phÇn hµi bËc 3 cã gi¸ trÞ lín kÐo theo cuén kh¸ng läc cång kÒnh. Þ ChØnh l­u cÇu 3 pha hiÖn nay lµ s¬ ®å cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt nhÊt, hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p tèt nhÊt nh­ng s¬ ®å th× phøc t¹p nhÊt. Lùa chän s¬ ®å thiÕt kÕ Sau khi ph©n tÝch ®¸nh gi¸ ­u nh­îc ®iÓm cña c¸c s¬ ®å chØnh l­u, ta thÊy ®èi víi t¶i lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã c«ng suÊt nhá: P = 2,2kW vµ cã ®iÖn ¸p mét chiÒu ®Þnh møc lµ 220V th× s¬ ®å tia cã ­u ®iÓm h¬n c¶. KT ¦ T1 T2 T3 C B A V× vËy ta chän s¬ ®å thiÕt kÕ lµ s¬ ®å chØnh l­u tia 3 pha nªn cã s¬ ®å ®éng lùc d­íi ®©y: Ch­¬ng III TÝnh chän c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña m¹ch ®éng lùc Tõ c¸c sè liÖu ban ®Çu: P = 2,2kW; U®m = 220V; I®m = 12A; n®m = 1430 vßng/phót; h = 0,85 Tra s¸ch “ C¸c ®­êng ®Æc tÝnh c¬ trong truyÒn ®éng ®iÖn” – Bïi §×nh TiÕu ta cã c¸c th«ng sè sau: Lo¹i ®éng c¬: P32 §iÖn trë phÇn øng: R­ = 1,205W Sè thanh dÉn t¸c dông cña phÇn øng: N = 936 Sè nh¸nh song song cña phÇn øng: 2a = 2 Tèc ®é quay cho phÐp cùc ®¹i: n =3000 vßng/phót Dßng kÝch tõ ®Þnh møc: ikt = 0,49A TÝnh chän van ®éng lùc Van ®­îc chän dùa vµo ®iÖn ¸p ng­îc vµ dßng ®iÖn ®Þnh møc §iÖn ¸p ng­îc cña van: §iÖn ¸p lµm viÖc cña van: Trong ®ã: Do s¬ ®å chØnh l­u tia 3 pha nªn : HÖ sè ®iÖn ¸p ng­îc: HÖ sè ®iÖn ¸p t¶i: §iÖn ¸p ng­îc mµ van ph¶i chÞu: kdtU = 1,9 : hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p ( th­êng kdtU >1,6) Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van Dßng ®iÖn lµm viÖc cña van: Do s¬ ®å chØnh l­u tia 3 pha nªn Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van ®­îc chän dùa vµo ®iÒu kiªn lµm m¸t van. Chän ®iÒu kiÖn lµm m¸t van b»ng kh«ng khÝ tøc lµ lµm m¸t tù nhiªn nhê c¸nh táa nhiÖt víi ®Çy ®ñ diÖn tÝch bÒ mÆt cho phÐp lµm viÖc vµ kh«ng cã qu¹t ®èi l­u kh«ng khÝ. Víi ®iÒu kiÖn nµy th× cho phÐp van lµm viÖc tíi 40%I®mv Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van cÇn chän: I®mv = ki.Ilv = 3,5 x 6,9 = 24,15 (A) Chän ki = 3,5 : hÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn Chän van b¸n dÉn Víi Unv = 875,3(V) vµ I®mv = 24,15(A), ta chän ®­îc 3 Tiristo lo¹i T25N900COC cã c¸c th«ng sè sau: §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i cña van: Unv = 900(V) Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van: I®mv = 25(A) §é sôt ¸p trªn van: DU = 1,9(V) Dßng ®iÖn rß: Ir = 15mA §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn: U®k = 1,4V Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn: I®k = 120mA §Ønh xung dßng ®iÖn: Ipik = 640A Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p: Thêi gian chuyÓn m¹ch: tcm = 100ms NhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cho phÐp: Tmax = 125oC TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p chØnh l­u Chän m¸y biÕn ¸p 3 pha 3 trô s¬ ®å ®Êu D/Y lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ tù nhiªn. C«ng suÊt biÕn ¸p nguån cÊp Þ Sba = 3,4812kVA ( ks = 1,345: hÖ sè c«ng suÊt do s¬ ®å lµ chØnh l­u tia ba pha) §iÖn ¸p cña c¸c cuén d©y §iÖn ¸p cuén d©y s¬ cÊp b»ng ®iÖn ¸p nguån: U1 = 380V Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi kh«ng t¶i: Udocosamin = Ud + DUv + DUba Trong ®ã: + Ud = 220V: ®iÖn ¸p chØnh l­u + DUv = 1,9V: sôt ¸p trªn c¸c van + DUba = DUr + DUL = 7%.Ud = 7% x 220 = 15,4V (th­êng chän DUba = (5 – 10)%Ud) +DUdn _ sôt ¸p trªn d©y nèi: DUdn = 0 + amin = 10o: gãc dù tr÷ khi cã suy gi¶m ®iÖn l­íi. Tõ ph­¬ng tr×nh trªn ta cã: §iÖn ¸p cuén d©y thø cÊp: Dßng ®iÖn cña c¸c cuén d©y Dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp m¸y biÕn ¸p Víi s¬ ®å chØnh l­u tia ba pha ta cã: Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: TÝnh s¬ bé m¹ch tõ TiÕt diÖn trô cña lâi thÐp kQ = 6: hÖ sè phô thuéc vµo ph­¬ng thøc lµm m¸t V× c«ng suÊt biÕn ¸p nhá Sba = 3,4812kVA < 10kVA nªn ta chän trô ch÷ nhËt cã kÝch th­íc QFe = a.b víi a_ bÒ réng trô; b_ bÒ dµy trô. Ta cã ChiÒu cao trô . LÊy h = 13cm. Chän lo¹i thÐp $330, c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy 0,35mm TÝnh to¸n d©y quÊn Sè vßng d©y mçi pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p (vßng) Chän mËt ®é tõ c¶m BT =1,35T ( BT tïy theo chÊt l­îng t«n BT= (1 - 1,6)T ) Sè vßng d©y mçi pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p (vßng) .LÊy W2 = 237 vßng. Chän mËt ®é dßng ®iÖn trong m¸y biÕn ¸p Víi m¸y biÕn ¸p c«ng suÊt nhá, khi c«ng suÊt trªn 100W th× mËt ®é dßng ®iÖn J = (2,5 – 3,5)A/mm2.Ta chän J1 = J2 = 2,69A/mm2 TiÕt diÖn d©y dÉn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p Chän d©y dÉn tiÕt diÖn trßn. ChuÈn hãa tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn: + TiÕt diÖn d©y s¬ cÊp: S1 = 1,4314mm2 + §­êng kÝnh d©y: d1 = 1,35mm + §­êng kÝnh ngoµi kÓ c¶ c¸ch ®iÖn: dn = (1,43 – 1,46)mm. TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén d©y s¬ cÊp TiÕt diÖn d©y dÉn thø cÊp m¸y biÕn ¸p Chän d©y dÉn tiÕt diÖn trßn ChuÈn hãa tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn: + TiÕt diÖn d©y thø cÊp: S2 = 2,573mm2 + §­êng kÝnh d©y: d2 = 1,81mm + §­êng kÝnh ngoµi kÓ c¶ c¸ch ®iÖn: dn = (1,9 – 1,93)mm TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén d©y thø cÊp KÕt cÊu d©y quÊn D©y quÊn kiÓu ®ång t©m ®­îc bè trÝ theo chiÒu däc víi mçi cuén d©y ®­îc quÊn thµnh nhiÒu líp d©y. Mçi líp d©y ®­îc quÊn liªn tôc c¸c vßng d©y s¸t nhau, c¸c líp d©y c¸ch ®iÖn víi nhau b»ng b×a c¸ch ®iÖn. KÕt cÊu d©y quÊn s¬ cÊp TÝnh s¬ bé vßng d©y trªn mét líp cña cuén s¬ cÊp (vßng). LÊy Wl1 = 87 vßng. Víi: + h: chiÒu cao cöa sæ h= 13cm + dn = (1,43 - 1,46)mm: ®­êng kÝnh d©y quÊn kÓ c¶ c¸ch ®iÖn. Chän dn = 1,45mm = 0,145cm + hg: kho¶ng c¸ch ®iÖn víi g«ng. Th­êng hg = 2dn = 2 x 0,145 = 0,29cm S¬ bé sè líp d©y ë cuén s¬ cÊp líp. LÊy nl1 = 5 líp. VËy cã 437 vßng chia thµnh 5 líp, 4 líp ®Çu mçi líp cã 88 vßng cßn mét líp sau cïng th× b»ng 437 – 87 x 4 = 89 vßng. BÒ dµy cuén s¬ cÊp Bd1 = (d1 + cd11).nl1 = (1,35 + 0,1).5 = 7,25mm = 0,725cm. Chän cd11 = 0,1mm: bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén s¬ cÊp. ChiÒu dµi trung b×nh cña cuén d©y s¬ cÊp. V× m¸y biÕn ¸p cã trô ch÷ nhËt nªn : l1= 2W1(atb1 + btb1). ChiÒu dµi trung b×nh mçi c¹nh cña vßng d©y s¬ cÊp Chän: cdo1 = 0,5cm: bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ trô. ® l1 = 2.437.(6,725 + 7,525) = 12454cm = 124,54m. KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp cña cuén thø cÊp vßng. dn = ( 1,9 – 1,93)mm: ®­êng kÝnh d©y quÊn kÓ c¶ c¸ch ®iÖn. Chän dn = 1,93mm = 0,193cm. hg: kho¶ng c¸ch ®iÖn víi g«ng th­êng hg = 2dn = 2.0,193 =0,386cm S¬ bé sè líp d©y ë cuén thø cÊp líp. LÊy nl2 = 4 líp. VËy cã 237 vßng chia thµnh 4 líp: 3 líp ®Çu cã 60 vßng, líp sau cïng th× cã 237 – 3.60 = 57 vßng. BÒ dµy cuén thø cÊp Bd2 = (d2 + cd22).nl2 = ( 1,81 + 0,1).4 =7,64mm = 0,764cm. cd22 = 0,1mm: bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén thø cÊp ChiÒu dµi trung b×nh cña cuén d©y thø cÊp l2 = 2 .W2(atb2 + btb2 ) ChiÒu dµi trung b×nh mçi c¹nh cña vßng d©y: Þ l2 = 2. 237.(9,2 + 10) = 9100cm = 91m. ChiÒu réng cöa sæ c = 2(ao1 + Bd1+ a12 +Bd2) + a22 = 2(0,5 + 0,725 + 1 + 0,764) + 1 ®c = 7cm. a22= 1cm_ kho¶ng c¸ch gi÷a 2 cuén thø cÊp. KiÓm tra kÝch th­íc cöa sæ KÝch th­íc cña cöa sæ chØ hîp lý khi bÒ dµy c¸c cuén d©y ph¶i nhá h¬n chiÒu réng cöa sæ. Tøc lµ ph¶i tháa m·n ®iÒu kiÖn sau: Dc = c – 2Bd = ( 0,5 – 2)cm. Kho¶ng c¸ch nµy cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o c¸ch ®iÖn vµ lµm m¸t. Ta cã: + BÒ dµy c¸c cuén d©y: Bd = Bd1 + Bd2 + cdt + cdn = 0,725 + 0,764 + 0,5 + 0,5 ® Bd = 2,5cm. Þ Dc = 7 – 2.2,5 = 2cm. Tháa m·n yªu cÇu. Kho¶ng c¸ch gi÷a 2 t©m trôc c’ = c + a = 7 + 5 = 12cm. ChiÒu réng m¹ch tõ C = 2c + 3a = 2.7 + 3.5 = 29cm. ChiÒu cao m¹ch tõ H = h + 2a = 13 + 2.5 = 23cm. Khèi l­îng s¾t vµ ®ång ThÓ tÝch s¾t VFe = QFe(3h + 2C) = 29.10-2(3 x 13.10-1 + 2 x 29.10-1) ®VFe = 2,81dm3. Khèi l­îng khèi s¾t MFe = VFe.mFe = 2,81 x 7,8 = 21,9kg. ThÓ tÝch khèi ®ång VCu = 3(S1l1+ S2l2) = 3(1,4314.10-4 x 124,54.101 + 2,573.10-4 x 91.101) ®VCu = 1,23dm3. Khèi l­îng khèi ®ång MCu = VCu.mCu = 1,23 x 8,9 = 10,9kg. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p §iÖn trë cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ë 75o C LÊy r = 0,0172W.mm2/m : ®iÖn trë suÊt cña ®ång. §iÖn trë cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p ë 75 oC §iÖn trë m¸y biÕn ¸p quy ®æi vÒ thø cÊp Sôt ¸p trªn ®iÖn trë m¸y biÕn ¸p DUr = Rba.Id = 1,03 . 12 = 12,36V §iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p quy ®æi vÒ thø cÊp B¸n kÝnh trong cuén d©y thø cÊp: §iÖn c¶m m¸y biÕn ¸p quy ®æi vÒ thø cÊp Sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p Sôt ¸p trªn m¸y biÕn ¸p §iÖn ¸p trªn ®éng c¬ khi cã gãc më amin =10o U = Udocosamin - DUv - DUba = 240.96 cos10o – 1,9 – 15,05 = 220V. Tæng trë ng¾n m¹ch quy ®æi vÒ thø cÊp Tæn hao ng¾n m¹ch trong m¸y biÕn ¸p DPn = 3.Rba.I22 = 3. 1,03.6,92 = 147W §iÖn ¸p ng¾n m¹ch t¸c dông §iÖn ¸p ng¾n m¹ch ph¶n kh¸ng §iÖn ¸p ng¾n m¹ch phÇn tr¨m Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch tøc thêi cùc ®¹i Khi ng¾n m¹ch ®ét ngét, dßng ®iÖn ng¾n m¹ch gåm 2 thµnh phÇn: 1 thµnh phÇn chu k× vµ 1 thµnh phÇn tù do kh«ng chu k×. ChÝnh thµnh phÇn tù do kh«ng chu k× lµm trÞ sè dßng ®iÖn ng¾n m¹ch tøc thêi t¨ng lªn rÊt lín. TrÞ sè dßng ®iÖn cùc ®¹i lóc ®ã lµ: KiÓm tra m¸y biÕn ¸p thiÕt kÕ cã ®ñ ®iÖn kh¸ng ®Ó h¹n chÕ tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn chuyÓn m¹ch VËy m¸y biÕn ¸p thiÕt kÕ sö dông tèt. HiÖu suÊt thiÕt bÞ chØnh l­u ThiÕt kÕ cuén kh¸ng läc §Ó gi¶m nhá thµnh phÇn xoay chiÒu cña ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn chØnh l­u ta nãi víi ®Çu ra cña bé biÕn ®æi mét bé läc. Bé läc nh»m chñ yÕu h¹n chÕ thµnh phÇn sãng hµi bËc 1. Bé läc ®iÖn c¶m lµ cuén kh¸ng ( lâi thÐp) nèi nèi tiÕp víi phô t¶i nªn khi dßng ®iÖn ra t¶i biÕn thiªn ®Ëp m¹ch, trong cuén kh¸ng sÏ xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng tù c¶m chèng l¹i. Do ®ã lµm gi¶m sãng hµi nhÊt lµ c¸c sãng hµi bËc cao. X¸c ®Þnh gãc më cùc tiÓu vµ cùc ®¹i Gãc më cùc tiÓu: amin = 10o lµ gãc dù tr÷ khi cã suy gi¶m ®iÖn ¸p l­íi. Tõ c«ng thøc ®iÖn ¸p t¶i Ud = Udo.cosa ta thÊy: Khi gãc më nhá nhÊt a = amin th× ®iÖn ¸p trªn t¶i lµ lín nhÊt: Udmax = Udo.cosamin = Ud ®m vµ t­¬ng øng tèc ®é ®éng c¬ sÏ lín nhÊt = wmax = w®m. Khi gãc më lín nhÊt a = amax th× ®iÖn ¸p trªn t¶i lµ nhá nhÊt: Udmin = Udo.cosamax vµ t­¬ng øng tèc ®é ®éng c¬ sÏ lµ nhá nhÊt: w = wmin ® Gãc më cùc ®¹i: Ta xÐt d¶i ®iÒu chØnh D: Trong ®ã: R­ = 1,205W ® R­å = R­ + Rba + Rdt = 1,205 + 1,03 + 0,71 ® R­å = 2,9W Ud ®m = Udo.cos amin= 1,17U2cos 10o = 1,17.206.cos10o ® Ud ®m =237V Þ §iÖn ¸p ®Æt trªn phÇn øng ®éng c¬ ë tèc ®é wmin Þ Gãc më cùc ®¹i: X¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn sãng hµi Ta cã thÓ coi tÊt c¶ c¸c d¹ng sãng chu k× lµ xÕp chång cña thµnh phÇn mét chiÒu, thµnh phÇn h×nh sin c¬ b¶n vµ c¸c sãng ®iÒu hßa bËc cao: y = f(x) = A + a1cosx + a2.cos2x + …+ an cosnx + b1sinx + b2sin2x + …+ bn sinnx Khai triÓn trªn gäi lµ chuçi Fuorier. Theo ph­¬ng ph¸p nµy, hµm ud(wt) ®­îc khai triÓn thµnh: ud(wt) = Ud + Trong ®ã: kwt.dwt k = 1, 2, 3… bËc cña sãng hµi. Biªn ®é cña sãng hµi bËc k cña ®iÖn ¸p chØnh l­u: MÆt kh¸c: Ud = U2fmsin(wt + ao ) = U2fm.cos( wt + a -). Qua c¸c b­íc biÕn ®æi ta cã: ViÕt theo gi¸ trÞ t­¬ng ®èi: Tõ biÓu thøc trªn ta thÊy: Biªn ®é cña sãng hµi bËc k phô thuéc vµo tÝch sè k.m vµ gãc më van a. Gãc më van cµng t¨ng th× thµnh phÇn mét chiÒu Ud cµng gi¶m cßn biªn ®é c¸c sãng hµi cµng t¨ng. Víi k = 1, sãng hµi cã biªn ®é lín nhÊt. Sãng ®ã cã tÇn sè f’= mf = 3f (®èi víi chØnh l­u tia ba pha m = 3) gäi lµ sãng c¬ b¶n. C¸c sãng bËc 2 trë nªn cã biªn ®é nhá ®¸ng kÓ nªn kh«ng cÇn quan t©m. X¸c ®Þnh ®iÖn c¶m cuén kh¸ng Sù ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l­u ®èi víi t¶i lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu lµm xÊu qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch cæ gãp cña ®éng c¬, lµm t¨ng ph¸t nãng cña t¶i do c¸c thµnh phÇn sãng h¹i. §Ó h¹n chÕ sù ®Ëp m¹ch nµy, ta ph¶i m¾c nèi tiÕp víi ®éng c¬ mét cuén kh¸ng läc ®ñ lín ®Ó Im £ 0,1I­ ®m. ® §iÖn c¶m cña cuén kh¸ng cÇn m¾c thªm ®Ó läc thµnh phÇn dßng ®iÖn ®Ëp m¹ch: LckL = LL – Ld – Lba Theo nh­ ph©n tÝch ë trªn ta cã: Biªn ®é thµnh phÇn sãng hµi cña ®iÖn ¸p chØnh l­u: Biªn ®é sãng hµi bËc 1 ë gãc më amax = 78o4 TrÞ sè ®iÖn c¶m cÇn thiÕt ®Ó läc thµnh phÇn sãng hµi: Víi: I1*% = 10%: trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn sãng hµi c¬ b¶n. §iÖn c¶m phÇn øng ®éng c¬: Trong ®ã: g = 0,25: hÖ sè lÊy cho ®éng c¬ cã cuén bï Sè ®«i cùc ta tra b¶ng ®­îc p = 1 Þ §iÖn c¶m cuén kh¸ng läc cÇn m¾c thªm: LckL = LL – Ld – Lba = 0,11 – 0,03 – 0,0023 ®LckL = 0,077.H TÝnh to¸n cuén kh¸ng läc C¸c th«ng sè cÇn thiÕt cho thiÕt kÕ: §iÖn c¶m yªu cÇu cuén kh¸ng läc: LckL = 0,077H Dßng ®iÖn ®Þnh møc ch¹y qua cuén kh¸ng: IckL = 12A Biªn ®é dßng ®iÖn xoay chiÒu bËc 1: I1m = 10%.I®m = 1,2A Tæng trë cuén kh¸ng Th­êng d©y quÊn cuén kh¸ng cã tiÕt diÖn kh¸ lín nªn ®iÖn c¶m cuén kh¸ng qu¸ lín vµ ®iÖn trë rÊt bÐ nªn ta cã thÓ coi tæng trë cña cuén kh¸ng b»ng ®iÖn kh¸ng cña cuén kh¸ng. ZckL = XckL = 2p.m.f.LckL = 2.p.3.50.0,077 ®ZckL = 72,5W §iÖn ¸p xoay chiÒu r¬i trªn cuén kh¸ng läc C«ng suÊt cña cuén kh¸ng läc TiÕt diÖn cùc tõ chÝnh cña cuén kh¸ng läc kQ =( 5 – 6): hÖ sè phô thuéc ph­¬ng thøc lµm m¸t. Lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ tù nhiªn chän kQ = 6. V× Q = 354mm2 nªn ta chän: Chän lo¹i thÐp $330A, tÊm thÐp dµy 0,35mm Sè vßng d©y cña cuén kh¸ng läc Gi¶ thiÕt bá qua sôt ¸p trªn ®iÖn trë, søc ®iÖn ®éng EckL » DUckL Ta cã EckL = 4,44m.f.W.B.Q Víi: B = 1,35T _ mËt ®é tõ c¶m trong trô Þ Sè vßng d©y cña cuén kh¸ng läc: vßng. Dßng ®iÖn hiÖu dông ch¹y qua cuén kh¸ng TiÕt diÖn d©y quÊn cuén kh¸ng Chän mËt ®é dßng ®iÖn qua cuén kh¸ng J = 2,58A/mm2 ChuÈn hãa tiÕt diÖn d©y quÊn cuén kh¸ng: Chän d©y dÉn tiÕt diÖn trßn TiÕt diÖn d©y quÊn cuén kh¸ng: Sck = 4,676mm2 §­êng kÝnh cuén kh¸ng: dckL = 2,44mm §­êng kÝnh ngoµi kÓ c¶ c¸ch ®iÖn: dn = (2,54 – 2,57)mm Thö l¹i mËt ®é dßng ®iÖn DiÖn tÝch cöa sæ HÖ sè lÊp ®Çy kl® = 0,5 Chän: ChiÒu cao m¹ch tõ H = h + a = 56 + 16 = 72mm. ChiÒu dµi m¹ch tõ L = 2c + 2a = 2.32 + 2.16 = 96mm. Sè vßng d©y trªn 1 líp vßng. LÊy Wl = 17vßng Víi: §­êng kÝnh ngoµi kÓ c¶ c¸ch ®iÖn dn = 2,54mm Kho¶ng c¸ch ®iÖn víi g«ng: hg =2dn = 2.2,54 = 5,08mm Sè líp d©y quÊn líp. Chän nl = 11 líp VËy víi 193 vßng chia thµnh 11 líp, 10 líp ®Çu mçi líp cã 17 vßng, cßn 1 líp sau cã 193 – 17.10 = 23 vßng. BÒ dµy cuén d©y Bd = (dk + cdl ).nl Chän kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c líp: cdl = 0,1mm ® Bd = (2,44 + 0,1).11 = 27,94mm Tæng bÒ dµy cuén d©y Chän kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn gi÷a d©y quÊn víi trô: ao1 = 3mm. Bdå = Bd + ao1 ® Bdå = 27,94 + 3 = 30,94mm ChiÒu dµi cña vßng d©y trong cïng l1 = 2(a+b) + 2p.ao1 ® l1 = 2(16 + 22) + 2p.3=94,8mm ChiÒu dµi cña vßng d©y ngoµi cïng l2 = 2(a + b) + 2p.(ao1 + Bd) ® l2 = 2(16 + 22) + 2p(3 + 30,94) = 289mm. ChiÒu dµi trung b×nh cña mét vßng d©y §iÖn trë cña d©y quÊn ë 75o Khèi l­îng s¾t ThÓ tÝch s¾t: VFe = ab(2h + L) = 16.22.10-4(2.48 + 86).10-2 ® VFe = 0,06dm3 Þ Khèi l­îng s¾t: MFe = VFe .mFe =0,06. 7,8 = 0,46kg. Khèi l­îng ®ång MCu = VCu .mCu ® MCu = SckL.ltb.W.mCu Þ MCu = 4,676.10-4 . 191,9.10-2.193.8,9 = 1,54kg TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ V× van b¸n dÉn cã kÝch th­íc nhá, nhiÖt dung bÐ vµ mËt ®é dßng ®iÖn qua mÆt tiÕp gi¸p p – n lín nªn nã rÊt nh¹y c¶m víi qu¸ t¶i vÒ dßng. MÆt kh¸c, van b¸n dÉn còng rÊt nh¹y c¶m ®èi víi qu¸ ®iÖn ¸p: chØ cÇn tån t¹i ®iÖn ¸p ng­îc lín h¬n gi¸ trÞ cho phÐp trong kho¶ng ( 1 – 2)ms, mÆt tiÕp gi¸p p ¸ n ®· cã thÓ bÞ chäc thñng vÒ ®iÖn. Cho nªn van b¸n dÉn cÇn ph¶i cã c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ. B¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn Dïng Aptomat t¸c ®éng nhanh ®Ó ®ãng c¾t m¹ch ®éng lùc, tù ®éng b¶o vÖ khi qu¸ t¶i vµ ng¾n m¹ch Tiristo, ng¾n m¹ch ®Çu ra bé biÕn ®æi…. Chän Ap cã I®m = (1,1 – 1,3)I1d sao cho dßng ®iÖn b¶o vÖ cña Ap kh«ng v­ît qu¸ dßng ng¾n m¹ch cña thø cÊp. Chän I®m = 1,1I1d = 1,1..3,74 = 7,12A U®m~ = 220V ChØnh ®Þnh dßng ng¾n m¹ch: Inm = 2,5I1d = 2,5..3,74 = 16,2A ChØnh ®Þnh dßng qu¸ t¶i: Iqt = 1,5.I1d =1,5..3,74 = 9,7A 1CC 1CC 1CC T1 R T3 C R R R C C C ¦ KL KT 2CC C R C R T2 C B Ap A S¬ ®å ®éng lùc khi cã thiÕt bÞ b¶o vÖ Dïng cÇu ch× t¸c ®éng nhanh dïng ®Ó b¶o vÖ dßng ng¾n m¹ch Nhãm 1CC: b¶o vÖ ng¾n m¹ch bªn ngoµi, ®­îc chän theo gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p. I1CC = 1,1.I2 = 1,1.6,9 = 7,6A. Chän I1CC = 8A. Nhãm 2CC: b¶o vÖ g¾n m¹ch phô t¶i I2CC = 1,1.Id = 1,1.12 = 13,2A. Chän I2CC = 14A. CÇu dao dïng ®Ó t¹o khe hë an toµn khi söa ch÷a hÖ truyÒn ®éng Iqt = 1,1.I1d = 1,1..3,74 = 7,12A B¶o vÖ qu¸ nhiÖt ®é cho c¸c van b¸n dÉn §Ó van b¸n dÉn lµm viÖc an toµn, kh«ng bÞ chäc thñng vÒ nhiÖt ta ph¶i chän vµ thiÕt kÕ hÖ thèng táa nhiÖt hîp lý. HiÖn nay phæ biÕn ng­êi ta th­êng dïng lµm m¸t b»ng c¸nh táa nhiÖt. Tæn thÊt c«ng suÊt trªn 1 Tiristo DP = DU.Ilv = 1,9.6,9 = 13,1W DiÖn tÝch bÒ mÆt táa nhiÖt Trong ®ã: t = Tlv – TMT : ®é chªnh lÖch so víi m«i tr­êng Chän: nhiÖt ®é m«i tr­êng TMT = 40o NhiÖt ®é lµm viÖc Tlv = 80o ® t = 80 – 40 = 400 Ktn : hÖ sè xÐt tíi ®iÒu kiÖn táa nhiÖt. Víi ®iÒu kiÖn lµm m¸t tù nhiªn kh«ng qua c­ìng bøc th­êng chän: Ktn =(6 -10)W/m2.oC Chän Ktn = 9W/m2.oC Chän lo¹i c¸nh táa nhiÖt cã 5 c¸nh, kÝch th­íc mçi c¸nh a.b = 6.6(cm.cm). Tæng diÖn tÝch táa nhiÖt cña c¸nh: S = 5.2.6.6 = 360mm2 B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p R1 C1 Qu¸ ®iÖn ¸p chuyÓn m¹ch xuÊt hiÖn khi van b¸n dÉn chuyÓn tõ tr¹ng th¸i th«ng sang tr¹ng th¸i ng¾t. §Ó b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p chuyÓn m¹ch, ng­êi ta nèi song song víi mçi van mét m¹ch R1 – C1. Khi cã m¹ch R1- C1 m¾c song song víi Tiristo t¹o ra m¹ch vßng phãng ®iÖn tÝch trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch nªn T kh«ng bÞ qu¸ ®iÖn ¸p. TrÞ sè ®iÖn trë vµ ®iÖn dung cña m¹ch tïy theo tõng lo¹i van. + Theo kinh nghiÖm chän R1 = (5 – 30)W C1 =(0,25 – 4)mF + Ta chän: R1 = 5,2W ; C1 = 0,25mF Qu¸ ®iÖn ¸p do ®ãng c¾t cuén s¬ cÊp cña m¸y biÕn ¸p khi kh«ng t¶i ®­îc b¶o vÖ nhê m¹ch R2 – C2 nèi ë thø cÊp. Nhê cã m¹ch lùc nµy mµ ®Ønh xung gÇn nh­ n»m l¹i hoµn toµn trªn ®iÖn trë ®­êng d©y. TrÞ sè R, C phô thuéc nhiÒu vµo t¶i. Tham kh¶o tµi liÖu ta chän R2 =13W, C = 4mF. Ch­¬ng iv TÝnh to¸n ®Æc tÝnh ®iÒu khiÓn cña ®éng c¬ §Æc tÝnh c¬ tù nhiªn V× ®­êng ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kÝch tõ ®éc lËp lµ mét ®­êng th¼ng c¾t trôc tung t¹i tèc ®é kh«ng t¶i vµ dèc nghiªng mét kho¶ng Dw nªn khi vÏ ta chØ cÇn x¸c ®Þnh hai ®iÓm cña ®­êng th¼ng. Ta th­êng chän: ®iÓm kh«ng t¶i lý t­ëng vµ ®iÓm ®Þnh møc. Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬: Víi: + Tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng cña ®éng c¬: + §é sôt tèc ®é: C¸ch vÏ ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn XÐt ®iÓm kh«ng t¶i A(M = 0; w = wo) §iÖn trë phÇn øng R­ = 1,205W Tèc ®é gãc ®Þnh møc HÖ sè k.F®m Tõ ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ta cã ®­îc hÖ sè k.F®m: Tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng Þ A(M = 0; wo = 160rad/s) XÐt ®iÓm ®Þnh møc B(M = M®m; w = w®m) M«men ®Þnh møc M®m Tèc ®é gãc ®Þnh møc w®m = 150rad/s ® B (M®m = 15N.m; w®m = 150rad/s) M(N.m) w (rad/s) 160 150 15 §TTN 0 A B NhËn xÐt ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn §é cøng ®Æc tÝnh c¬ §é cøng ®Æc tÝnh c¬ b dïng ®Ó ®¸nh gi¸ vµ so s¸nh c¸c ®Æc tÝnh c¬. NÕu b lín ta cã ®Æc tÝnh c¬ cøng, b nhá ta cã ®Æc tÝnh c¬ mÒm, b ® ¥ ta cã ®Æc tÝnh c¬ tuyÖt ®èi. ® §é cøng ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn: D¶i ®iÒu chØnh tèc ®é §Ó x¸c ®Þnh d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é ta thÊy r»ng tèc ®é lín nhÊt cña hÖ bÞ chÆn bëi ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn ( ®iÒu chØnh d­íi tèc ®é kh«ng t¶i) cßn tèc ®é nhá nhÊt bÞ giíi h¹n bëi yªu cÇu vÒ sai sè tèc ®é vµ vÒ m«men khëi ®éng. Ta cã: Tèc ®é cùc ®¹i trong d¶i ®iÒu chØnh khi m«men t¶i ®Þnh møc: Tèc ®é nhá nhÊt trong d¶i ®iÒu chØnh víi t¶i ®Þnh møc: Theo ®Þnh nghÜa vÒ sai sè tèc ®é ta viÕt ®­îc biÓu thøc scp øng víi ®­êng ®Æc tÝnh c¬ thÊp nhÊt: Víi: vµ Þ Tèc ®é nhá nhÊt trong d¶i ®iÒu chØnh: Do t¶i cã ®Æc tÝnh m«men kh«ng ®æi nªn gi¸ trÞ ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é còng kh«ng v­ît qu¸ 10: scp £ 10%. Chän scp = 10%. Þ D¶i ®iÒu chØnh D: §Æc tÝnh ®iÒu khiÓn cña ®éng c¬ Víi dßng ®iÖn liªn tôc Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬: ( do van b¸n dÉn cã DUv = 1,9V nªn ta cã thÓ bá qua) Tõ ph­¬ng tr×nh ta thÊy muèn ®iÒu chØnh tèc ®é trong hÖ thèng nµy ta ®iÒu chØnh b»ng c¸ch thay ®æi gãc a cña van tõ (0 – 180o) ta sÏ ®­îc c¸c ®­êng ®Æc tÝnh c¬ lµ mét hä c¸c ®­êng th¼ng song song víi nhau bè trÝ trªn nöa mÆt ph¼ng bªn ph¶i cña hÖ trôc täa ®é {M,w}. Nh÷ng ®Æc tÝnh ®ã kh«ng tån t¹i ë nöa mÆt ph¼ng bªn tr¸i lµ do van kh«ng cho dßng phÇn øng ®æi chiÒu. C¸c ®­êng th¼ng c¾t trôc tung t¹i nh÷ng ®iÓm t­¬ng øng víi tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng: Trong ®ã: p: sè xung ¸p ®Ëp m¹ch trong thêi gian mét chu k× ®iÖn ¸p nguån. p = m = 3 ( s¬ ®å chØnh l­u tia) U2 = 204V: trÞ sè hiÖu dông cña ®iÖn ¸p pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p. U2m: trÞ sè biªn ®é cña ®iÖn ¸p pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p. U2m = .U2f = .206 = 291,3V Udo: ®iÖn ¸p t¶i lín nhÊt øng víi a = 0 Udo = U2m. Þ Tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng: Tõ ®ã ta cã b¶ng sau: a(o ) 0o 30o 60o 90o 120o 150o 180o wo=176cosa (rad/s) 176 152 88 0 -88 -152 -176 Víi dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n Khi dßng ®iÖn phô t¶i gi¶m ®Õn trÞ sè ®ñ nhá ( Id ® 0) th× sÏ xuÊt hiÖn dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n. §Ó dùng ®Æc tÝnh c¬ ë tr¹ng th¸i dßng gi¸n ®o¹n: Chän gãc ®iÒu khiÓn a cè ®Þnh Cho gãc dÉn l = ( 0 - 2p/p) TÝnh w dùa vµo c«ng thøc: TÝnh dßng ®iÖn phÇn øng vµ suy ra M = k.f®m.I­: V× c¸c ®Æc tÝnh c¬ ë tr¹ng th¸i dßng gi¸n ®o¹n lµ nh÷ng ®­êng cong s¸t dèc n»m trong vïng elip nªn viÖc tÝnh to¸n ®Ó dùng c¸c ®Æc tÝnh nµy rÊt phøc t¹p vµ nhiÒu khi kh«ng cÇn thiÕt. Thùc tÕ tÝnh to¸n ng­êi ta th­êng x¸c ®Þnh ®iÓm giíi h¹n (Mblt; wblt) mµ kh«ng cÇn dùng ®Æc tÝnh trong vïng gi¸n ®o¹n. Tr¹ng th¸i “biªn liªn tôc” Khi chuyÓn tõ tr¹ng th¸i dßng liªn tôc sang tr¹ng th¸i dßng gi¸n ®o¹n hÖ sÏ ph¶i qua mét tr¹ng th¸i giíi h¹n ®ã lµ tr¹ng th¸i “biªn liªn tôc”. Täa ®é tËp hîp c¸c ®iÓm “ biªn liªn tôc” (Mblt; wblt) ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: . Trong ®ã: we = 2pf = 2p.50 = 100p (rad/s) L: ®iÖn c¶m tæng cña m¹ch. L = Lba + L­ + LckL = 0,11H. M«men “biªn liªn tôc”: Mblt = k.f®m.Iblt = 1,37.2,75sina ® Mblt = 3,7sina V× “biªn liªn tôc” lµ tr­êng hîp riªng cña tr¹ng th¸i liªn tôc nªn wblt tháa m·n ph­¬ng tr×nh: §iÖn trë tæng cña m¹ch: Rå = Rba + R­ + RckL ® Rå = 1,03 + 1,205 + 0,13 = 2,9 W Tõ ®ã ta cã b¶ng: a(o) 0o 30o 60o 90o 120o 150o 180o Mblt = 4,1sina ( N.m) 0 1,85 3,2 3,7 3,2 1,85 0 wblt = 176cosa -5sina (rad/s) 176 150 84 - 4,6 - 92 - 155 - 176 NhËn xÐt §é cøng ®Æc tÝnh c¬: Ta thÊy b < bTN nªn ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ mÒm h¬n ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn. §Æc tÝnh c¬ ( h×nh vÏ). w(rad/s) a = 0o a = 30o a = 60o a = 90o a = 120o a = 150o a = 180o 176 150 88 0 - 88 - 152 152 - 176 176 15 M (N.m) Ch­¬ng V ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn Nguyªn t¾c x©y dùng m¹ch ®iÒu khiÓn Nguyªn lý thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn M¹ch ®iÒu khiÓn lµ kh©u rÊt quan träng trong bé biÕn ®æi Tiristo, v× nã ®ãng vai trß chñ yÕu trong viÖc quyÕt ®Þnh chÊt l­îng vµ ®é tin cËy cña bé biÕn ®æi. NhiÖm vô cña m¹ch ®iÒu khiÓn lµ t¹o c¸c xung vµo ë nh÷ng thêi ®iÓm mong muèn ®Ó më th«ng c¸c Tiristo cña bé chØnh l­u. Tiristo chØ më cho dßng ®iÖn ®i qua khi cã ®iÖn ¸p d­¬ng ®Æt trªn anod vµ xung ¸p d­¬ng ®Æt vµo cùc ®iÒu khiÓn. Sau khi Tiristo më th× xung ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông, dßng ®iÖn ch¹y qua Tiristo do th«ng sè cña m¹ch quyÕt ®Þnh. C¸c m¹ch ®iÒu khiÓn Tiristo ®Òu dùa theo nguyªn lý thay ®æi gãc pha ®Ó thùc hiÖn viÖc ®iÒu chØnh vÞ trÝ xung trong nöa chu k× d­¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn Tiristo vµ theo ®ã ta cã nguyªn lý th¼ng ®øng arccos vµ nguyªn lý th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh. Nguyªn lý th¼ng ®øng arccos: lµ ph­¬ng ph¸p t¹o gãc a theo nguyªn t¾c sau: t¹o mét ®iÖn ¸p tùa lµ ®iÖn ¸p cosin v­ît tr­íc ®iÖn ¸p anod cña Tiristo mét gãc a. Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ gãc a phô thuéc vµo d¹ng ¸p vµ tÇn sè l­íi, do ®ã ®é chÝnh x¸c cña gãc ®iÒu khiÓn thÊp nªn Ýt ®­îc dïng. Nguyªn lý th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh Theo nguyªn t¾c nµy, ®iÖn ¸p tùa cã d¹ng r¨ng c­a ( Urc) ®ång bé víi ®iÖn ¸p ®Æt trªn anod – catod Tiristo. Dïng ®iÖn ¸p mét chiÒu (U®k) so s¸nh víi ®iÖn ¸p tùa. T¹i thêi ®iÓm ®iÖn ¸p tùa b»ng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, trong vïng ®iÖn ¸p d­¬ng anod th× ph¸t xung ®iÒu khiÓn. Tiristo ®­îc më tõ thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn ®Õn khi dßng ®iÖn b»ng 0. Ph­¬ng ph¸p nµy hiÖn nay ®­îc dïng phæ biÕn v× ®é chÝnh x¸c cao vµ kho¶ng ®iÒu khiÓn réng. Tõ nh÷ng nhËn ®Þnh ®· nªu ë trªn, ta chän ®iÒu khiÓn Tiristo trong s¬ ®å chØnh l­u lµ ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c tuyÕn tÝnh th¼ng ®øng. U®f Urc U®k Ud X®k a1 a2 a3 a4 t 0 S¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn §Ó ®¸p øng ®­îc yªu cÇu ë trªn th× m¹ch ®iÒu khiÓn cÇn cã c¸c khèi c¬ b¶n sau: §iÖn ¸p anod Kh©u ®ång pha Kh©u so s¸nh Kh©u khuÕch ®¹i vµ t¹o xung U®k Kh©u ®ång pha NhiÖm vô cña kh©u ®ång pha lµ t¹o ®iÖn ¸p tùa Urc cã d¹ng r¨ng c­a tuyÕn tÝnh ®ång pha víi ®iÖn ¸p anod cña Tiristo. §Ó t¹o ®iÖn ¸p tùa ta cã thÓ sö dông s¬ ®å dïng Tranzitor vµ tô hoÆc dïng s¬ ®å bé ghÐp quang. Víi c¸c s¬ ®å nµy th× khi cÇn ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p tõ 0 ®Õn cùc ®¹i lµ hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc nh­ng viÖc më, khãa c¸c Tranzitor trong vïng ®iÖn ¸p l©n cËn 0 lµ thiÕu chÝnh x¸c lµm cho viÖc n¹p, x¶ tô trong vïng ®iÖn ¸p l­íi gÇn 0 kh«ng ®­îc nh­ ý muèn. Ta thÊy khi øng dông c¸c vi m¹ch vµo thiÕt kÕ m¹ch ®ång pha cho ta chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt vµ kh¾c phôc ®­îc c¸c nh­îc ®iÓm cña c¸c s¬ ®å trªn. Nªn ta dïng K§TT ®Ó t¹o ®iÖn ¸p tùa trong kh©u ®ång pha A1 A2 R1 A R2 Ur R3 C1 C D1 B Tr1 U1 Kh©u so s¸nh NhiÖm vô cña kh©u so s¸nh lµ nhËn tÝn hiÖu ®iÖn ¸p tùa vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn _ so s¸nh gi÷a hai ®iÖn ¸p nµy, t×m thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p b»ng nhau th× t¹i thêi ®iÓm ®ã ph¸t xung ë ®Çu ra ®Ó göi sang tÇng khuÕch ®¹i. §Ó x¸c ®Þnh ®­îc thêi ®iÓm cÇn më Tiristo ta ph¶i so s¸nh hai tÝn hiÖu Urc vµ U®k . C«ng viÖc ®ã cã thÓ thùc hiÖn b»ng tranzitor nh­ng s¬ ®å nµy l¹i ccã nhiÒu lóc thêi ®iÓm më Tiristo bÞ lÖch kh¸ xa so víi thêi ®iÓm cÇn më t¹i U®k = Urc. §Ó kh¾c phôc ®­îc nh­îc ®iÓm cña s¬ ®å trªn vµ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu cña kh©u so s¸nh ta dïng K§TT. V× c¸c m¹ch so s¸nh dïng K§TT sÏ t¨ng ®é nh¹y, v× c¸c phÇn tö ®Çu vµo cña K§TT ®Òu lµ tæ hîp cña nhiÒu Tranzitor silic nªn sÏ cã ng­ìng khëi ®éng bÐ, sù tr«i ®iÓm kh«ng bÐ. H¬n n÷a K§TT cã hÖ sè khuÕch ®¹i v« cïng lín nªn chØ cÇn mét tÝn hiÖu nhá cì mV ë ®Çu vµo th× ®Çu ra ®· cã ®iÖn ¸p nguån nu«i. V× vËy viÖc øng dông K§TT lµm kh©u so s¸nh lµ hîp lý. ¦u ®iÓm cña c¸c s¬ ®å nµy lµ cã thÓ ph¸t xung ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c t¹i A3 Ura R2 Udk R1 Urc U®k = Urc Kh©u khuÕch ®¹i vµ t¹o xung Kh©u khuÕch ®¹i vµ t¹o xung cã nhiÖm vô t¹o xung phï hîp më th«ng Tiristo ®ång thêi trong nh÷ng tr­êng hîp cÇn thiÕt ( ®iÖn ¸p ®éng lùc qu¸ lín ) cßn ®ãng vai trß c¸ch li gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn víi m¹ch ®éng lùc. TÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng ®­îc thiÕt kÕ b»ng Tranzitor c«ng suÊt cã ­u ®iÓm lµ ®¬n gi¶n nh­ng hÖ sè khuÕch ®¹i cña Tranzitor nhiÒu khi kh«ng ®ñ lín ®Ó khuÕch ®¹i ®­îc tÝn hiÖu tõ kh©u so s¸nh ®­a sang nªn kh«ng ®­îc sö dông réng r·i. TÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng b»ng s¬ ®å darlington th­êng ®­îc dïng trong thùc tÕ. V× s¬ ®å nµy hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu vÒ hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt, khi hÖ sè khuÕch ®¹i ®­îc nh©n lªn theo tõng th«ng sè cña c¸c Tranzitor. MÆt kh¸c ®Ó gi¶m nhá c«ng suÊt táa nhiÖt Tranzitor vµ kÝch th­íc d©y quÊn s¬ cÊp biÕn ¸p xung chóng ta cã thÓ thªm tô nèi tÇng (h×nh c). S¬ ®å nµy Tranzitor chØ më ®­îc cho dßng ®iÖn ch¹y qua trong kho¶ng thêi gian n¹p tô nªn dßng ®iÖn hiÖu dông cña chóng bÐ h¬n nhiÒu lÇn. Þ Tõ viÖc chän c¸c kh©u c¬ b¶n ta cã m¹ch ®iÒu khiÓn hoµn chØnh. D 3 UA R1 A A1 + - B R2 R3 D1 Tr1 C A2 - + C1 R5 A3 - + D T +12V C2 R6 D 2 T3 T2 R7 +12V S¬ ®å mét kªnh ®iÒu khiÓn Tiristo R4 U®k Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn §iÖn ¸p vµo ®iÓm A (UA) cã d¹ng h×nh sin trïng pha víi ®iÖn ¸ anod cña Tiristo, qua K§TT A1 cho ta chuçi xung CN ®èi xøng. PhÇn ®iÖn ¸p d­¬ng cña ®iÖn ¸p ch÷ nhÊt qua Diod D1 tíi A2 tÝch ph©n thµnh ®iÖn ¸p tùa Urc.PhÇn ®iÖn ¸p ©m cña ®iÖn ¸p CN lµm më th«ng Tr1, kÕt qu¶ A2 bÞ ng¾n m¹ch (Urc = 0) trong vïng ®iÖn ¸p ©m.KÕt qu¶ trªn ®Çu ra cña K§TT A2 cho ta chuçi ®iÖn ¸p r¨ng c­a Urc gi¸n ®o¹n. §iÖn ¸p Urc ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k t¹i ®Çu vµo cña A3. Tæng ®¹i sè Urc + U®k quyÕt ®Þnh dÊu ®iÖn ¸p ®Çu ra cña K§TT A3: nÕu UA Urc U®k a1 UB UD t t t t Ud t a3 a4 a5 a2 U®k > Urc: ®iÖn ¸p ra cã ®iÖn ¸p ©m,nÕu U®k vµ Urc lËt ng­îc l¹i th× lµm cho ®iÖn ¸p lËt lªn d­¬ng. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña m¹ch ®iÒu khiÓn C¸c th«ng sè c¬ b¶n ®Ó tÝnh m¹ch ®iÒu khiÓn: §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Tiristo: U®k = 1,4V Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn Tiristo: I®k = 120mA = 0,12A Thêi gian më: tm = 100ms §é réng xung ®iÒu khiÓn: tx =3tm = 300ms TÇn sè xung ®iÒu khiÓn: §é mÊt ®èi xøng cho phÐp: Da = 4os §iÖn ¸p nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn: U = ± 12V Møc sôt biªn ®é xung: Sx = 0,3 ViÖc tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn th­êng ®­îc tiÕn hµnh tõ tÇng khuÕch ®¹i ng­îc trë lªn Chän tÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng Chän Tranzitor c«ng suÊt Tr lo¹i 2SC9111 lµm viÖc ë chÕ ®é xung cã c¸c th«ng sè: §iÖn ¸p gi÷a Colecto vµ Baz¬ khi hë m¹ch Emito: UCBo = 40V. §iÖn ¸p gi÷a Emito vµ Baz¬ khi hë m¹ch colecto: UEBo = 4V. Dßng ®iÖn lín nhÊt ë Colecto cã thÓ chÞu ®ùng: ICmax = 500mA. C«ng suÊt tiªu t¸n ë Colecto: Pc = 1,7W NhiÖt ®é lín nhÊt ë m¹ch tiÕp gi¸p: T1 = 175oC HÖ sè khuÕch ®¹i: b = 50. Dßng lµm viÖc cña Colecto: IC2 = I®k/ m = 0,12/3 = 0,04A ® IC2 = 40mA. Dßng lµm viÖc cña Baz¬: TÊt c¶ c¸c Diod trong m¹ch ®iÒu khiÓn ®Òu dïng lo¹i 1N4009 cã tham sè: Dßng ®iÖn ®Þnh møc: I®m = 10mA §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt: UN = 25V §iÖn ¸p ®Ó Diod më th«ng: Um = 1V. Chän tÇng so s¸nh Chän khuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) TL084 cã c¸c th«ng sè sau: §iÖn ¸p nguån nu«i: Vcc = ±12V §iÖn ¸p vµo A3: Uv » 12V. Dßng ®iÖn vµo ®­îc h¹n chÕ ®Ó Ilv < 1mA. HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu vµo: +30V. NhiÖt ®é lµm viÖc: T =-25o - 850 C«ng suÊt tiªu thô: P = 680mW = 0,68W. Tæng trë ®Çu vµo: Rin = 106MW Dßng ®iÖn ®Çu ra: Ira = 30pA. Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p cho phÐp: Ta chän R4 = R5 = 15kW nªn dßng vµo A3: TÝnh chän kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a ®ång pha §iÖn ¸p tùa ®­îc h×nh thµnh do sù n¹p cña tô C1, mÆt kh¸c ®Ó ®¶m b¶o ®iÖn ¸p tùa cã trong mét nöa chu k× ®iÖn ¸p l­íi lµ tuyÕn tÝnh th× h»ng sè thêi gian n¹p tô ®­îc lµ Trc = R2.C §Ó cho c¸c ®­îc r¨ng c­a cã ®Ønh nhän t¹i cuèi c¸c b¸n k× th× Trc nªn chän Trc = (0,003 – 0,005)s. Ta chän Trc = 0,005s Chän tô C1 = 0,1mF. §Ó thuËn tiÖn cho viÖc ®iÒu chØnh khi l¾p gi¸p m¹ch R3 th­êng chän lµ biÕn trë lín h¬n 50kW. Chän Tranzito Tr1 lo¹i A 564 cã c¸c th«ng sè: Tranzito lo¹i pnp, lµm b»ng Si §iÖn ¸p gi÷a Colecto vµ Baz¬ khi hë m¹ch Emito: UCBO = 25V. §iÖn ¸p gi÷a Emito vµ Baz¬ khi hë m¹ch Colecto:UBEO = 7V. Dßng ®iÖn lín nhÊt cã thÓ chÞu ®ùng ®­îc: Icmax = 100mA. NhiÖt ®é lín nhÊt ë mÆt tiÕp gi¸p: Tcp = 150oC. HÖ sè khuÕch ®¹i: b = 250. Dßng cùc ®¹i cña Baz¬: §iÖn trë R2 ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®i vµo vïng Baz¬ Tranzito Tr1 d­îc chän: Chän tô C2 vµ R6 §iÖn trë R6 dïng ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®­a vµo Baz¬ cña Tranzito Tr3, chän R6 tháa m·n ®iÒu kiÖn: Chän R6.C2 = tx = 300ms TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p xung, nguån nu«i vµ ®ång pha T¹o nguån nu«i Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p +12V ®Ó cÊp cho biÕn ¸p xung, nu«i IC, c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, tèc ®é vµ ®iÖn ¸p ®Æt . §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng hai vi m¹ch æn ¸p 7812 vµ 7912 cã c¸c th«ng sè sau: §iÖn ¸p ®Çu vµo: Uv = ( 7- 35)V §iÖn ¸p ®Çu ra: Ur = + 12V víi IC7812 vµ Ur = -12V víi IC7912. Dßng ®iÖn ®Çu ra: Ira = ( 0 -1 )A. Ta thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p dïng cho c¶ viÖc t¹o ®iÖn ¸p xung, ®ång pha vµ t¹o nguån nu«i. - Chän Diod cho bé chØnh l­u nguån nu«i Chän Diod lo¹i KÕ208A cã c¸c th«ng sè: + Dßng ®iÖn ®Þnh møc: I®m = 1,5A + §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i cña Diod: UN = 100V. Chän m¸y biÕn ¸p ba pha ba trô, trªn mçi trô cã 4 cuén d©y: 1 cuén s¬ cÊp vµ 3 cuén thø cÊp. Tô C4, C5 dïng ®Ó läc thµnh phÇn sãng hµi bËc cao. Chän C4 = C5 = C6 = C7 = 470mF, U = 35V. 220~ +12V C B 7812 A C4 C5 C6 C7 7912 C8 (3-5)V 20V -12V + 12V M¸y biÕn ¸p t¹o nguån nu«i Mçi kªnh ph¶i dïng 3 K§TT. Víi 3 kªnh ®iÒu khiÓn ta ph¶i dïng: 3.3 = 9K§TT. Chän 3IC lo¹i TL084. Mçi IC cã 4K§TT C«ng suÊt tiªu thô ë 3IC TL084 sö dông lµm K§TT: P3IC = 3PIC = 3.0,68 = 2,04W. C«ng suÊt sö dông cho viÖc t¹o nguån nu«i PN = P3IC = 2,04W §iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p nguån nu«i: . LÊy U21 = 9V Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p nguån nu«i M¸y biÕn ¸p xung Ta dïng m¹ch chØnh l­u cÇu 3 pha dïng Diod §iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p xung: C«ng suÊt biÕn ¸p xung cÊp cho cùc ®iÒu khiÓn Tiristo P®k = 3.U®k.I®k = 3.1,4.0,12 = 0,504W. Dßng ®iÖn thø cÊp biÕn ¸p xung M¸y biÕn ¸p ®ång pha §iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p ®ång pha: U23 = ( 3 -5)V. Chän U23 = 5V. Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p ®ång pha: I23 = 1mA. C«ng suÊt biÕn ¸p ®ång pha P®ph = 3U23.I23 = 3.5.10-3 = 0,015W. C«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p cã kÓ ®Õn 5% tæn thÊt trong m¸y S = 1,05(Px + P®ph + PN) = 1,05 (0,504 + 0,015 + 2,04) ® S = 2,7VA Dßng ®iÖn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p TiÕt diÖn trô cña m¸y biÕn ¸p kQ = 6: hÖ sè phô thuéc vµo ph­¬ng thøc lµm m¸t. ChuÈn hãa tiÕt diÖn trô: QT = 0,92cm2 c h H a a a C .KÝch th­íc m¹ch tõ biÕn ¸p a a = 12mm b = 10mm c = 12mms h = 30msm C = 48mm H = 42mm KÕt cÊu d©y quÊn s¬ cÊp Sè vßng d©y cuén thø cÊp vßng Chän mËt ®é tõ c¶m ë trong trô: B = 1,35T TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp Chän J1 = J2 = 2,75A/mm2 §­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp ChuÈn hãa ®­êng kÝnh d1 = 0,1mm ®Ó ®¶m b¶o ®é bÒn c¬. §­êng kÝnh kÓ c¶ c¸ch ®iÖn: d1c® = 0,12mm KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p nguån nu«i Sè vßng d©y thø cÊp biÕn ¸p nguån nu«i vßng TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p nguån nu«i §­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p nguån nu«i ChuÈn hãa ®­êng kÝnh d21 = 0,21mm §­êng kÝnh kÓ c¶ c¸ch ®iÖn: d21c® = 0,24mm KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p xung Sè vßng d©y thø cÊp biÕn ¸p xung vßng TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p xung §­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p xung ChuÈn hãa ®­êng kÝnh d22 = 0,29mm §­êng kÝnh kÓ c¶ c¸ch ®iÖn d22c® = 0,33mm KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p ®ång pha Sè vßng d©y thø cÊp biÕn ¸p ®ång pha vßng. TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p ®ång pha §­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp biÕn ¸p ®ång pha ChuÈn hãa ®­êng kÝnh d23 = 0,29mm §­êng kÝnh kÓ c¶ c¸ch ®iÖn d23c® = 0,33mm. Ch­¬ng VI HÖ thèng ®iÒu khiÓn víi ph¶n håi ©m tèc ®é §Æc tÝnh c¬ cña hÖ chØnh l­u ®éng c¬ víi wmax, wmin §Æc tÝnh c¬ cao nhÊt øng víi wmax §iÖn ¸p ®Æt lªn phÇn øng ®éng c¬ Udmax = w®m.kF®m + R­å.I®m Tæng ®iÖn trë R­å = Rba+R­+Rdt = 2,9W ÞUdmax = 150.1,37 + 2,9.12 = 240,3V Tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch Sai sè tèc ®é §Æc tÝnh c¬ thÊp nhÊt víi wmin Tèc ®é thÊp nhÊt cuèi d¶i ®iÒu chØnh §iÖn ¸p ®Æt lªn phÇn øng ®éng c¬ Udmin = wmin.kF + R­å.I®m ® Udmin = 10.1,37 + 2,9.12 = 48,5 V. Tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch Sai sè tèc ®é I (A) 12 16,7 0 10 35,4 150 167 w (rad/s) Þ Ta thÊy ë ®Æc tÝnh c¬ thÊp nhÊt th× sai sè tèc ®é rÊt lín s% = 71,7% vµ dßng ng¾n m¹ch I nm =16,7A » 1,4I®m nªn ®éng c¬ rÊt dÔ bÞ qu¸ t¶i dÉn ®Õn ch¸y. MÆt kh¸c do cã bé biÕn ®æi nªn nã lµm gi¶m ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ tøc lµ sai sè tèc ®é t¨ng. V× vËy ®Ó më réng ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é víi ®é chÝnh x¸c cao tøc lµ víi sai lÖch thÊp ta ph¶i t¨ng ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ b cña truyÒn ®éng ®iÖn. VÊn ®Ò ®ã cã thÓ gi¶i quyÕt ®­îc b»ng c¸ch sö dông c¸c m¹ch håi tiÕp ®Ó thiÕt lËp hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng vßng kÝn. HÖ thèng víi ph¶n håi ©m tèc ®é Dïng ph¶n håi ©m tèc ®é ®Ó n©ng cao ®­êng ®Æc tÝnh. C A B ¦ T1 T2 T3 FT Uph w U® U®k a S¬ ®å ®éng lùc: Kh tèc ®é ®éng c¬ thay ®æi so víi gi¸ trÞ ®Æt, tÝn hiÖu håi tiÕp sÏ thay ®æi mét c¸ch tØ lÖ, do ®ã ®iÖn ¸p U®k biÕn ®æi. KÕt qu¶ lµ gãc më van a thay ®æ vµ ®iÖn ¸p chØnh l­u cña bé biÕn ®æi ®­îc ®iÒu chØnh theo h­íng cÇn thiÕt ®Ó duy tr× gi¸ trÞ ®Æt cña tèc ®é. A4 - + D U®k = ( 0 – 10)V A5 - + U® = 10,5V ¦ 10V Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ khi cã ph¶n håi ©m tèc ®é Chän m¸y ph¸t tèc TM víi U®mFT = 60V, nFT®m = 2000vßng/phót. HÖ sè chØnh l­u Ta cã U®k = (0 – 10)V. Chän U®kmax = 10V. Udmax = Udo.cosa = Udo ® Udmax = Ud + DUba + DUv = 220 + 15,4 +1,9 = 237,3V §iÖn ¸p ®Æt U® U® = U®k + Uphw £ 12V. Ta chän: U® = 10,5 V; Uphw = 10V. ThiÕt kª trong hÖ kÝn víi DwK = 1rad/s §iÖn trë chØnh l­u: MÆt kh¸c ta cã: Tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng Þ wK = woK - DwK = 9,5 -1 = 8,5 rad/s Sai sè tèc ®é HÖ sè kw1: HÖ sè kw1: HÖ thèng víi ph¶n håi ©m dßng ®iÖn Ta thÊy nÕu t¨ng ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ ®Ó gi¶m sai sè tèc ®é th× ®ång thêi dßng ®iÖn vµ m«men ng¾n m¹ch còng t¨ng lªn, g©y nguy hiÓm ®èi víi ®éng c¬ vµ c¸c thiÕt bÞ kh¸c. V× vËy nÕu kh«ng cã h×nh thøc h¹n chÕ dßng ®iÖn mét c¸ch tù ®éng th× c¸c hÖ nµy kh«ng sö dông ®­îc. Muèn gi¶m dßng ®iÖn vµ m«men ng¾n m¹ch ta ph¶i t¨ng ®é cøng ®Æc tÝnh c¬. Tuy nhiªn ®Ó ®¶m b¶o yªu cÇu æn ®Þnh tèc ®é trong ph¹m vi biÕn thiªn dßng ®iÖn cho phÐp cña t¶i, ta chØ gi¶m ®é cøng khi dßng ®iÖn hoÆc m«men v­ît qu¸ mét ng­ìng - ®iÓm ng¾t (Mng; wng) hoÆc (Ing; wng). Lóc nµy ®Æc tÝnh c¬ chia ra lµm hai ®o¹n: §o¹n 1: lµm viÖc tõ ®iÓm kh«ng t¶i lý t­ëng ®Õn ®iÓm ng¾t §o¹n 2: lµm viÖc tõ ®iÓm ng¾t ®Õn ®iÓm ng¾n m¹ch. §Æc tÝnh nµy ng­êi ta gäi lµ ®Æc tÝnh m¸y xóc. C A B M§K BD Ro Ap Ro Ro §Ó thùc hiÖn ®­îc ta ph¶i dïng mét kh©u håi tiÕp ©m dßng ®iÖn t¸c ®éng trªn ng­ìng Ing. S¬ ®å ®éng lùc: §èi víi ph¶n håi ©m dßng ®iÖn ta còng dïng bé khuÕch ®¹i nh­ ®èi víi ph¶n håi ©m tèc ®é. Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ khi cã ph¶n håi ©m dßng ®iÖn: Th­êng ng­êi ta lÊy Ing = (1,1 -1,3)I®m. Chän Ing = 1,2I®m = 1,2.12 = 14,4A Vµ Inm = ( 1,5 – 2)I®m. Chän Inm = 2I®m = 2.12 =24A. Chän m¸y biÕn dßng lo¹i: BD 50/5 Dßng ®iÖn I2BD: Chän Ro = 2W. Þ U2BD = Ro.I2BD = 2.0,7 = 1,4V. Cã: Udo = KCL.U2BD = 1,17 .1,4 = 1,638A.( K = 1,17 _ CL tia 3 pha) Chän UPHI = 1V. HÖ sè ph¶n håi dßng ®iÖn: Tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng: Theo yªu cÇu cña ®Ò bµi th× täa ®é ®iÓm ng¾t N(Ing; wng) ph¶i tháa m·n ph­¬ng tr×nh: ® Täa ®é ®iÓm ng¾t N ( Ing = 14,4A; wng = 8rad/s). MÆt kh¸c ®iÓm N còng ph¶i tháa m·n: Nªn ta cã: ®é sôt tèc DwK HÖ sè: Þ §Æc tÝnh c¬ khi dïng ph¶n håi. w(rad/s) 9,5 8,5 8 0 12 14,4 24 I(A)