Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Thiết kế mạch động lực
A.chọn bộ biến đổi
Với điện áp nguồn cung cấp là xoay chiều hình sin và yêu cầu đầu ra của bộ
biến đổi là điện áp một chiều điều chỉnh đợc. Ta có thể sử dụng sơ đồ chỉnh lu
có điều khiển hoặc một sơ đồ chỉnh lu không điều khiển kết hợp với một bộ
biến đổi một chiều- một chiều. Trong đề tài này ta chọn sơ đồ chỉnh lu có điều
khiẻn cho gọn nhất, đơn giản nhất, còn phơng án dùng một sơ đồ chỉnh lu
không điều khiển kết hợp với bộ biến đổi một chiều - một chiều không sử dụng
vì nó cồng kềnh, kích thớc lớn, tốn nhiều van và giá thành lại cao.
Với yêu cầu cụ thể của phụ tải đã cho thì các sơ đồ chỉnh lu sau có thể đáp ứng
đợc:
1). Sơ đồ chỉnh lu hình tia 2 pha
2). Sơ đồ chỉnh lu hình tia 3 pha
3). Sơ đồ chỉnh lu hình cầu 1 pha
4). Sơ đồ chỉnh lu hình cầu 3 pha
Ta xét một số bộ biến đổi:
*). Hình tia ba pha:

Nguyễn Vĩnh Hà 2005 1
Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

atm
a
b
t1
d
0
k k
a
k

3
dẫn dòng ta có
u
d
= u
c
i
T1
= 0 i
T2
= 0 i
T3
= i
d
= I
d
i
Do
= 0
Nguyễn Vĩnh Hà 2005 2
Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

u
T1
= u
ac
u
T2
= u
bc

T1
= u
a
u
T2
= u
b
u
T3
= u
c
-Từ t=
1
=/6+ ữ van T
1
dẫn dòng
u
d
= u
a
i
T1
= i
d
= I
d
i
T2
= 0 i
T3

i
T3
= 0 i
Do
=0
u
T1
= u
ab
u
T2
= 0 u
T3
= u
cb
-Từ t=
3
ữ7/3 van T
3
dẫn dòng
u
d
= u
c
i
T1
= 0 i
T2
= 0 i
T3

2
T
2
BA
CD
K
+
ĐC
-
Rh
D
K
T
1
K
~
CKT
1
Hình1.6-Sơ đồ nguyên lý mạch động lực của hệ thống
Hoạt động của sơ đồ:
Khi t= cho xung điều khiển mở T
1
trong khoảng thời gian 1ữ tiristor T
1

và điôt D
2
cho dòng chảy qua. Khi U
2
bắt đầu đổi dấu D

d
chảy qua D
1
và T
2
. Điốt D
2
bị
khoá lại. Khi U
2
bắt đầu đổi dấu D
2
mở ngay, T
2
tự nhiên khoá lại, dòng i
d
=I
d

chuyển từ T
2
sang D
2
(lúc này D
1
vẫn cho dòng chảy qua do sức điện động tự
cảm trong L
d
tạo ra).
Nguyễn Vĩnh Hà 2005 4

của dòng tải

=
R
U
I
d
d
của dòng trong tiristor
Nguyễn Vĩnh Hà 2005 5
T1
u
ii
ii
T2
T1
id
U
ii
ii
1
d

U

t


t


d
dT
của dòng trong điốt


=

=

+

2
).(I
d.I
2
1
I
d
dT
Giá trị hiệu dụng của dòng chảy trong cuộn dây thứ cấp máy biến áp


=

=



1IdI
1

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
4). Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha sử dụng 2 Thyristor và 2 điốt không, trong đó 2 van có điều
khiển đợc mắc ở 2 nhóm van khác nhau và anốt của van ở nhóm katốt chung nối với katốt
của van ở nhóm anốt chung, hai van không điều khiển cũng mắc tơng tự.
5). Sơ đồ chỉnh lu cầu 1 pha sử dụng 2 điốt và 2 Thyristor, trong đó 2 van có điều khiển đ-
ợc bố trí ở cùng một nhóm van, nhóm còn lại là 2 van không điều khiển.
* Vậy ta sử dụng sơ đồ chỉnh lu cầu một pha bán điều khiển. 2 điốt và 2 Thyristor, trong
đó 2 van có điều khiển đợc bố trí ở cùng một nhóm van, nhóm còn lại là 2 van không điều
khiển.
1.2. Chọn phơng pháp hãm.
Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngợc chiều tốc độ quay. Với động cơ
điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm: Hãm tái sinh, hãm ngợc và hãm động
năng. Việc chọn phơng pháp hãm phù hợp với công nghệ là điều rất quan trọng.
Với yêu cầu không cần chhính xác, chỉ cần hãm dừng nhanh để tăng năng suất đảm bảo
yêu cầu đặt ra là không đảo chiều quay.Sau đây ta xét các chế độ hãm của động cơ điện
một chiều kich từ độc lập để chọn ra một chế độ hãm thích hợp:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm:
-Hãm tái sinh
-Hãm ngợc
Nguyễn Vĩnh Hà 2005 8
Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
-Hãm động năng
a). Hãm tái sinh
Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải. Khi hãm tái
sinh E>U động cơ làm việc nh một máy phát điện song song với lới. So với chế độ động
cơ, dòng và mô men hãm đã đổi chiều và đợc xác định theo biểu thức:
I
U E K K
h
u u o o

chế độ hãm ngợc dòng điện đa lên lới bị đảo chiều xem hình 1.1) nên dòng I
h
không thể
chạy ngợc qua bộ biến đổi để trả năng lợng về lới. Do đó hệ truyền động đã nêu trên
không thực hiện hãm tái sinh.
Nguyễn Vĩnh Hà 2005 9
Hình 1.1 Đặc tính hãm tái sinh của động cơ kích từ độc lập
Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
. Hãm ngợc
Trạng thái hãm ngợc của động cơ xảy ra khi phần ứng dới tác dụng của động
năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển động hoặc do momen thế năng quay ng-
ợc chiều với momen điện từ của động cơ. Mômen sinh ra bởi động cơ khi đó
chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất.
Với bộ biến đổi Tiristo-Động cơ ta có thể thực hiện hãm ngợc bằng các cách
sau:
*) Đa điện trở phụ vào mạch phần ứng (hình 1.2)
Dòng điện hãm:
I
U E K K
h
u u o o
=
+
=
+
R + R R + R
u f u f

Phơng trình đặc tính cơ:


Vì thông thờng động cơ làm việc ở đIúm a trên đặc tính tự nhiên với tảI Mc ta
đổi chiều điện áp phần ứng và đa thêm điện trở phụ vào mạch, động cơ chuyển
sang làm việc ở điểm b trên đặc tính biến trở. Tại b mô men đã đổi chiều chống
lại chiều quay của động cơ nên tốc độ giảm theo đoạn bc, tại c tốc độ bằng
không nếu ta cắt phần ứng ra khỏi điện áp nguồn đặt vào động cơ thì động cơ sẽ
dừng lại, còn nếu ta không nếu ta không cắt phần ứng ra khỏi điện áp nguồn đặt
vào động cơ thì tại c (M
o
>M
c
) động cơ sẽ quay ngợc lại và làm việc ổn định tại
d.
Trong trờng hợp này dòng điện hãm rất lớn vì:
I
U E U E
h
u u u u
=

=

R + R R
u f
M K I
h h
=
Vì vậy cần đa thêm điện trở R
f
đủ lớn vào mạch phần ứng để hạn chế I
h

h
hd
u h
hd
u h
=
+
=
+

Tơng ứng có mô men hãm ban đầu:
Mhd = K I
hd
< 0
Nguyễn Vĩnh Hà 2005 12
Mhđ2Mhđ1
0
c2
c1
Mc M(i)
ođ2
ođ1
b2 b1
o
o

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Hình1.4b Đặc tính cơ hãm
Phơng trình đặc tính cơ điện:


Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
phép: Ihd <= (2ữ 2,5)I
đm
.
Khi hãm động năng kích từ độc lập năng lợng chủ yếu đợc tạo ra do động năng
của động cơ tích luỹ đợc nên công suất tiêu tốn chỉ nằm trên mạch kích từ.
P
ktdm
= (1 ữ 1,5)%P
đm
Phơng trình cân bằng công suất khi hãn động năng:
E.I
h
= (R + R
h
).I
h
.I
h
*) Hãm động năng kích tự kích
Hình 1.5 Sơ đồ hãm động năng tự kích của động cơ một chiều kích từ độc lập.
a) Sơ đồ nguyên lý; b) Đặc tính hãm;
Nó khắc phục nhợc điểm trên của hãm động năng tự kích độc lập. Thật vậy hãm
động năng tự kích xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt cả phần ứng lẫn cuộn
kích thích ra khỏi lới điện để đóng vào một điện trở hãm (hình 1.5).
Theo sơ đồ nguyên lý ta có: I=I
n
+I
kt
I

+
R
R R
R R
K
I
u
kt h
kt h
u
.
.
Và


=
+
+
R
R R
R R
K
M
u
kt h
kt h
.
( )
.
2

Rh
D
K
T
1
K
~
CKT
1
III- chọn chế độ hãm cho động cơ
Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngợc chiều với tốc độ
quay của động cơ (lúc này động cơ làm việc ở chế độ máy phát ) . Nh phân tích
chọn động cơ trên ta chọn động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập nên có 3 trạng
thái hãm sau đây:
Nguyễn Vĩnh Hà 2005 15
Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
1- Hãm tái sinh ( trả năng lợng về lới )
Hiện tợng này xảy ra khi tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tởng
( >
0
), lúc này, do E >U nên động cơ làm việc nh một máy phát song song
với lới. So với chế độ động cơ dòng điện và mômen đổi chiều và xác định theo
biểu thức sau đây:
0
0
0
<=
<

=

Hệ thống làm việc ổn định với tốc độ lớn hơn tốc độ không tải lý tởng
ođ
> .
Trạng thái này, I
h
đổi chiều và công suất đợc trả về lới là : P = (U- E)I
Đây là phơng pháp hãm kinh tế vì động cơ sinh ra điện năng hữu ích nếu
đủ điều kiện hoà điện.
Xét thực tế đề tài, với hệ thống truyền động van động cơ thì van
(Tiristor ) chỉ dẫn dòng theo 1 chiều nhất định nên khi động cơ sinh ra năng l-
ợng trả về lới thì các van không cho phép dẫn ngợc nên ta không sử dụng chế độ
hãm này.
Nguyễn Vĩnh Hà 2005 16
-
0
I
E
U

0

0đ

M
M
c
M
c
I
h

nối tiếp với lới điện biến điện năng nhận từ lới và cơ năng trên trục thành nhiệt
năng đốt nóng điện trở tổng của mạch phần ứng. Vì vậy tổn thất năng lợng là rất
lớn , hơn nữa không thực hiện đợc khi xảy ra sự cố mất điện.
+ Đảo chiều điện áp
Khi hãm ngợc xảy ra đến thời điểm đạt đợc tốc độ = 0 thì cần phải có
thiết bị cắt phần ứng khỏi điện áp nguồn (tại C) nếu không động cơ chuyển sang
Nguyễn Vĩnh Hà 2005 17
E
U
M

M
c
0

0đ

0
b
-
0
D

0đ

0
M(I)

M
c

Là trạng thái động cơ làm việc nh một máy phát, mà năng lợng cơ học
của động cơ đã tích luỹ đợc trong quá trình làm việc trớc đó biến thành điện
năng tiêu tán trong mạch hãm dới dạng nhiệt.
a- Hãm động năng kích từ độc lập .
Cắt phần ứng khỏi lới, đóng vào điện trở hãm R
h
và giữ nguyên mạch
kích từ.Ta có:
hu
hd
hu
hd
hdhdhd
RR
K
RR
E
IKE
+

=
+
==


;
M
hd
= KI
hđ

h2
R
h1
0
M
a

b
1
b
2
M
c
M
hđ1
M
hđ2

0d1

0d2
RL
+
_
Đ
Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Khi hãm động năng, năng lợng chủ yếu đợc tạo ra do động năng của
động cơ nên nó chỉ tiêu tốn trong mạch kích từ của động cơ với công suất:
P
ktđm

b
2
M
c
M
hđ1
M
hđ2

0d1

0d2
R
h
I
h
Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
M
K
RRR
I
K
RRR
RR
RR
R
K
RR
RR
R


=
+
+

=
+

=
+=


4- Kết luận
So với phơng pháp hãm ngợc, hãm động năng có hiệu quả kém hơn khi
chúng có cùng tốc độ ban đầu và có cùng tải M
c
. Tuy nhiên, hãm động năng u
việt hơn về mặt năng lợng, đặc biệt là hãm động năng tự kích, không tiêu thụ
năng lợng từ lới, phơng pháp này khắc phục đợc khi có sự cố mất điện xảy ra và
có độ tin cậy cao hơn.Do vậy, ta chọn hãm động năng làm trạng thái hãm cho
động cơ chấp hành của hệ thống.
*
*
*
*
*
*
a
b
c