Đồ án điện tử công suất

Động cơ điện một
chiều


GII THIU V NG C IN MT CHIU

I NG C IN MT CHIU

1 Tầm quan trọng của động cơ điện 1 chiều Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ điện 1 chiều vẫn đợc coi l 1 loại máy quan trọng.
Mặc dù động cơ xoay chiều có tính u việt hơn nh cấu tạo đơn giản hơn , công suất lớn . . .
Nhng động cơ điện xoay chiều không thể thay thế hon ton động cơ điện 1 chiều. Đặc biệt
l trong các ngnh công nghiệp, giao thông vận tải, các thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên
tục trong phạm vi rộng nh máy cán thép, máy công cụ lớn đầu máy điện . Vì động cơ điiện 1
chiều có những u điểm nh khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt, khả năng mở máy lớn v khả
năng quá tải. Bên cạnh đó động cơ điện 1 chiều cũng có những nhợc điểm nhất định nh giá
thnh đắt, chế tạo v bảo quản phức tạp . Nhng do những u điểm của nó nên nó vẫn có 1 tầm
quan trọng nhất định trong sản xuất.
Ngy nay hiệu suất của động cơ điện 1 chiều công suất nhỏ vo khoảng 75% - 85%, ở
động cơ điện công suất trung bình v lớn vo khoảng 85% - 94%. Công suất lớn nhất của động
cơ điện 1 chiều hiện nay vo khoảng 10000KW. Điện áp vo khoảng vi trăm đến 1000V.
Hớng phát triển hiện nay l cải tiến tính năng vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ
v chế tạo những máy công suất lớn.

2 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều
2.1Phần tĩnh ( Phần cảm hay stator
)
ỏn in t cụng sut


L phần phát sinh ra suất điện động v có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng
thờng lm bằng dây đồng có sơn cách điện
c)
Cổ góp

Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thnh 1 chiều. Gồm nhiều phiến đồng ghép cách
điện với nhau, bề mặt cổ góp dợc gia công với độ bóng thích hợp để đảm bảo tiếp xúc tốt
giữa chổi than v cổ góp khi quay

2.3

Gới thiệu về động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

Cho đến nay động cơ điện 1 chiều vẫn còn dùng rất phổ biến trong các hệ thống truyền
động chất lợng cao, dải công suất động cơ điện 1 chiều từ vi W đến vi MW. Giản đồ
kết cấu chung của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập đợc thể hiện nh hình vẽ dới.
Phần ứng đợc biểu diễn bởi vòng tròn bên trong có sức điện động E , ở phần stato có thể
có vi dâyquấn kích từ :
Dây quấn kích từ độc lập CKD, dây quấn kích từ nối tiếp, dây quấn cực từ phụ CF, dây
quấn bù CB.
Khi nguồn điện 1 chiều có công suất không dử lớn thì mạch điện phần ứng v mạch kích từ
mắc vo 2 nguồn 1 chiều độc lập nhau, lúc ny động cơ dợc coi l động cơ kích từ độc
lập
Đồ án điện tử công suất 3

kt
= i
ktbh
thì U = E
ư
bão hoà hoàn
toàn.
Đồ án điện tử công suất 4 2.4 Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập :

Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từ phương trình cân bằng điện áp của
động cơ :
U
ư
= E
ư
+ (R
ư
+R
f
). I
ư
= E
ư
+ R. I

: Điện trở cuộn dây phần ứng
r
cf
: Điện trở cuộn cực từ phụ
r
b
: Điện trở cuộn bù
r
ct
: Điện trở tiếp xúc của chổi than

Sức điện động E
ư
của phần ứng động cơ xác định theo biểu thức
E
ư
=
pN Eu
.. = k.
2 π ak.
φ ϖ φ .ϖ → ϖ =
φ

Trong đó :
p : Số đôi cực từ chính
N : Số thanh dẫn tác dụng của dây quấn phần ứng
Đồ án điện tử công suất 5

u (2)
UR + R
= - .I
kk
ϖ
φφ

Ö ϖ = f (I) : Đặc tính cơ điện
Mặt khác mô men điện từ của của cơ điệ được xác định bởi :
M
đt
= k .φ. I
ư
=> I
ư
=
dt
M
K.φ

Thế vào (2) =>
2
dt
uu f

UR + R
= - .M
k(k
ϖ
φφ)
ω
0
ω
0 ω
đm
N ω
đm Đồ án điện tử công suất 6

I M

I
đm
I
nm
M
đm

Gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch .
Nhận xét : Nếu cho U, R
ư
+ R
f
, φ là hằng số thì phương trình (3) sẽ là phương trình bậc nhất :

ϖ = ϖ
0
+ Δϖ

uf

R + R
= M
k.
Δϖ
φ
Độ sùt tốc độ

ω ω
0
Δω



7

- Tốc độ không tải lý tưởng :
dm
U
= onst
k
cϖ=
φ

-

Độ cứng của đặc tính cơ :

uf
k
= =variable
R + R
MΔ φ
β=−
Δϖ

R
f

= 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên
R
f
càng lớn thì β càng nhỏ dẫn tới đặc tính cơ càng dốc

nhiều , hệ số động cơ giảm
b)

Ảnh hưởng của điện áp phần ứng
Gi¶ thiÕt
φ
=
φ
®m
= const, ®iÖn ¸p phÇn øng R
−
= const trong thùc tÕ th−êng gi¶m ®iÖn ¸p.
ỏn in t cụng sut 8


01
02

U
dm
(TN)

0x
giảm
- Độ cứng đặc tính cơ:

=
2
u
(k )
R


= const Nh vậy khi thay đổi điện áp đặt vo phần ứng động cơ ta đợc một họ đặc tính cơ
song song với đờng đặc tính cơ tự nhiên. Nhận thấy rằng khi thay đổi điện áp, thực chất
l giảm áp thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm v tốc độ của
động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Vì vậy phơng pháp ny cũng đợc sử
dụng để điều chỉnh tốc độ v hạn chế dòng điện khi khởi động
*.Đặc điểm
- Tốc độ điều chỉnh bằng phẳng
- Phạm vi điều chỉnh rộng
- Vùng điều chỉnh tốc độ
n

(3)
(2)
(1)
ỏn in t cụng sut 9

- Độ cứng đặc tính cơ :

=
2
u
(k x)
R


= var
(1) đờng đặc tính cơ tự nhiên

đm
=

(2) ,(3) đòng đặc tính khi giảm

với



*.
Đặc điểm
- Tốc độ bằng phẳng
- Phạm vi rộng
- Vùng điều chỉnh
n
đm
< n
đc

- Với điều chỉnh tốc độ thực hiện trong máy kích từ thì dòng điện nhỏ,
tổn hao ít, hiệu suất cao.
ChngII
LA CHN CC PHNG N


2


2


1

1


kt
= 400 (V) I
kt
= 0,9 (A)
Phm vi iu chnh 25 : 1
Ta xột 1 s s 3 pha :

I) : S CHNH LU TIA 3 PHA
a) Nguyờn lý :

Khi biến áp có ba pha đấu (Y) mỗi pha A,B,C đấu với một van, catốt đấu chung cho ta
điện áp dơng của tải còn trung tính biến áp sẽ l điện áp âm. Các pha A,B,C dịch pha
nhau 120
0
theo các đờng cong điện áp pha vì vậy ta có điện áp của một pha dơng hơn
điện áp của hai pha còn lại trong 1/3 chu kỳ.Từ đấy thấy rằng tại mỗi một thời điểm chỉ có
điện áp của một pha dơng nên chỉ có một van dẫn m thôi.


> 0

T
1
mở (T
2,
T
3
khoá ). Do trong mạch có thêm điện cảm L nên xuất hiện giai
đoạn điện áp âm của pha A tới khi xuất hiện xung điều khiển I
G2
của T
2
lúc ny tiristor T
2

ỏn in t cụng sut 12

thoả mãn hai điều kiện l U
AK
>0, I
G2
>0

T
2
dẫn (T

2
22
d
36U
3
U 2.Usind .cos 1,17U cos
2 2
===


= U
do
cos


*Dòng điện trung bình nhận đợc trên tải l :
I
d
=
d
d
U
R

Nhận xét
- Khi tải thuần trở dòng điện v điện áp trên tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc
vo góc mở của các tisistor. Nếu góc của các tisistor

< 30 thì các đờng cong U
d

pha mắc ngợc chiều nhau, 3 tisistor T
1
,T
3
,T
5
tạo thnh một chỉnh lu tia 3 pha cho điện
áp dơng tạo thnh nhóm anốt. Còn T
2
,T
4
,T
6
l chỉnh lu tia 3 pha cho điện áp âm tạo
thnh nhóm catốt, hai chỉnh lu ny ghép lại thnh cầu 3pha
Chỉnh lu tia 3pha điều khiển đối xứng thì dòng điện chạy qua tải l dòng điện chạy
từ pha ny sang pha kia, do đó tại mỗi thời điểm cần mở tiristor chúng ta cần cấp hai xung
điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anốt dơng, một xung ở nhóm catốt âm )

=
2
2
2U sin( -)
3

u
2c
=
2
4
2U sin(-)
3

- Góc mở

đợc tính từ giao điểm của các nửa hình sin, giả thiết tisistor T
5
,T
6
đang
cho dòng chảy qua. Tại thời điểm


6
= +
cho xung điều khiển mở T
1
thì tiristor T
1


15

- Thời điểm
3

6
=+
cho xung điều khiển mở T
2
tisistor ny mở vì khi T
6
dẫn
dòng nó đặt điện áp u
2b
lên anốt T
2
m u
2b
>u
2c
. Sự mở của T
2
lm cho T
6
khoá lại một cách
tự nhiên (vì u
2b
>u
2c




+=
6
5

T
3
T
1



+=
6
7

T
4
T
2



+=
6
9

T
16

5
+
6

+
6
d
222
636
U 2Usind Ucos 2,34U cos
2
===


cũng có thể tính U
d
= U
dI
U
dII

U
dI
l trị trung bình của u
dI
do nhóm catôt chung tạo lên


- Điện áp ngợc m các van phải chịu ở chỉnh lu cầu 3 pha sẽ bằng 0 khi van dẫn
v sẽ bằng điện áp dây khi van khoá
-Dòng điện trên tải l :
dd
d
d
U- E
I
R
=

Nhận xét
: Hình dáng điện áp nhận đợc trên tải không có sự xuất hiện của suất phản điện
động E
d
khi chế độ dòng điện trên tải l liên tục. Còn khi chế độ dòng điện gián đoạn suất
phản điện động E
d
sẽ xuất hiện trên điện áp U
d

*u điểm

- Chất lợng điện áp trên tải tốt
- Độ bằng phẳng tơng đối cao
ỏn in t cụng sut 17

anốt D
2

- Khi
1
>
điện thế catốt D
2
l u
c2
bắt đầu nhỏ hơn u
2b
điốt D
2
mở cho dòng i
d
chảy
qua D
2
v T
5
, u
d
= 0.
ỏn in t cụng sut 18

-

l
u
2a
bắt đầu nhỏ hơn
u
2c
điốt D
4
mở dòng tải i
d
chảy
qua D
4
v T
1
, u
d
= 0
Nhận xét
: Trong chỉnh lu cầu 3 pha bán điều khiển dạng điện áp ra khi

> 0 chỉ có 3 đập
mạch, vì vậy hệ số đập mạch của sơ đồ bán điều khiển thấp hơn hệ số đập mạch của sơ đồ
điều khiển hon ton
*u điểm
-
Sơ đồ đơn giản, rẻ tiền
-
Sơ đồ chỉnh lu bán điều khiển thì hệ số công suất cos


2
=
=

* Nghịch lu phụ thuộc

- Nghịch l quá trình chuyển năng lợng từ phía dòng một chiều sang dòng xoay chiều
(quá trình chuyển năng lợng ngợc lại với chế độ CL ). Trong hệ TĐĐ một chiều, động
cơ điện cần lm việc ở những chế độ khác nhau trong đó có lúc động cơ trở thnh máy
phát điện. Năng lợng phát ra ny trả về lới điện xoay chiều. Để thoả mãn yêu cầu ny bộ
CL chuyển sang hoạt động ở chế độ nghịch lu vì nó hoạt động (đồng bộ ) theo nguồn xoay
chiều nên gọi l nghịch lu phụ thuộc.
-Nh vậy mạch điện lúc ny có 2 nguồn sức điện động :
e
1
:sđđ lới xoay chiều
E
d
:sđ đ một chiều
Ta biết rằng một nguồn sức điện động sẽ phát đợc năng lợng nếu chiều sức điện động v
dòng điện trùng nhau,ngợc lại nó sẽ nhận năng lợng khi chiều sức điện động v dòng
điện ngợc nhau .Xuất phát từ nguyên tắc trên ta thấy rằng với bộ chỉnh lu chỉ cho phép
dòng điện đi theo một chiều xác định thì để có chế độ nghịch lu cần phải thực hiện hai
điều kiện :
+Về phía một chiều :bằng cách no đó chuyển đổi chiều E
d
để có chiều dòng v E
d
trùng
nhau.

1
= 0
(2) 30 (1)

60

90 u
c2
u
c1 120

150 1
=180
2
= 150
180
Chng III

XY DNG CHI TIT TON B S NGUYấN
Lí MCH THIT KI GII THIU V NGUYấN TC IU KHIN CHUNG


dI
= U
dII

Suy ra
U
d0
cos

I
= - U
d0
cos

II

cos

I
+ cos

II
= 0



I
+

II


bộ nghịch lu không chạy nên quá trình nghịch lu chỉ chạy khi
bắt đầu giảm dòng, giảm tốc độ, đảo chiều với tải sức điện động E
d
nh động cơ điện một
chiều
*Ưu điểm của phơng pháp điều khiển chung
-
Tốc độ đảo chiều rất nhanh cho phép đảo chiều với tần số cao
*Nhợc điểm

- Khó đảm bảo luật điều khiển vì vậy dễ xẩy ra sự cố
- Cần phải có hai cuộn kháng cân bằng lm tăng kích thớc của thiết bik, nếu
cuộn kháng thiết kế không chính xác thì cũng sẽ gây ra sự cố trong quá trình lm việc
nh cháy van, cháy cuộn kháng

II S NGUYấN Lí a) Sơ đồ
Đồ án điện tử công suất 22 R2

Lcb
T6'
T2'
T1'
T3'
T5'
R1
C1
R1
C1
R1
C1
R1
C1
R1
C1
R1
C1
T4'
Ld
M
D
Dg
Dg
Dg
+
Cuon kich tu
Rdieu chinh
+
-

phải đợc thực hiện theo quan hệ

I
+

II
= 180, sự phối hợp ny gọi l
phối hợp tuyến tính
Giả sử cần động cơ quay thuận ta có BBĐ1 lm việc ở chế độ chỉnh lu

I
= 0
ữ
90

U
dI
> 0, bấy giờ

II
> 90

BBĐ2 lm việc ở chế độ nghịch lu U
dII
<0.
Cả hai điện áp U
dI
v U
dII
đều đặt lên phần ứng của cuă động cơ M, lúc ny dòng điện chỉ có

= U
0
cos30 =
2
3
U
0

BBĐ1 l U
dII
= U
0
cos150 = -
2
3
U
0

Vậy BBĐ1 lm việc ở chế độ chỉnh lu còn bộ BBĐ2 lm việc ở chế độ nghịch lu
Nếu cần giảm tốc độ quay của động cơ ta có u
c
= u
c2
với góc mở

I
= 60




xuống đến giá trị tơng ứng U
dI


động cơ quay ngợc
Nếu cho điện áp điều khiển u
c
< 0 thì BBĐ2 lm việc ở chế độ chỉnh lu, còn BBĐ1 lm
việc ở chế độ nghịch lu phụ thuộc.
III S MCH IU KHIN
a.

Nguyên tắc điều khiển

ỏn in t cụng sut 24

Trong thực tế nhời ta sử dụng hai nguyên tắc điều khiển: Nguyên tắc thẳng đứng tuyến
tính v nguyên tắc thẳng dứng arccos. ở đây ta sử dụng nguyên tắc đièu khiển thẳng đứng
tuyến tính, theo nguyên tắc ny ngời ta dùng hai điện áp
- Điện áp đồng bộ kí hiệu l u
sc.Các khâu trong mạch điều khiển Phn ny trỡnh by v nguyờn lớ v cu trỳc s b ca tng khõu trong mch iu
khin. C th nh sau :
. Khõu ng pha B:
Khõu ny to ra mt in ỏp cú gúc lch pha cú nh vi in ỏp t lờn vam lc, phự
hp nht cho mc ớch ny l s dng bin ỏp. Bin ỏp cũn t thờm hai mc ớch quan trng
na l :


Chuyn i in ỏp lc cú giỏ tr cao sang giỏ tr phự hp vi mch iu khin cú
in ỏp thp.


Cỏch li hon ton v in ỏp gia mch iờu khin v mch lc .iu ny m bo
an ton cho ngi s dng cng nh linh kin ca mch iu khin.
Do phm vi iu chnh ca mch lc ch t 0 cho ti 150 nờn cun cp v th
cp ca bin ỏp ng pha u cú th u Y.
S
bin ỏp nh sau :