Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Điện tử công suất. Tác giả : Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh. 2. Tài liệu hướng dẫn thiết kế điện tử công suất. Tác giả : Trần Văn Thịnh. Giáo trình truyền động điện. Tác giả : Bùi Đình Tiếu. Truyền động điện. Tác giả : Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền. Điện tử công suất. Tác giả : Nguyễn Bính. Kĩ thuật điện tử. Tác giả : Đỗ Xuân Phụ. Máy điện II. Tác giả : Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu. Điều chỉnh tự động truyền động điện. Tác giả : Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghị. Thiết kế máy biến áp. Tác giả : Phan Tử Thụ. Lí thuyết điều khiển tự động. Tác giả : Nguyễn Thương Ngô. MỤC LỤC Trang Lời nói đầu 1 Chương I Tổng quan điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. I. Điều khiển tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng. 4 II. Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông cuộn dây kích từ. 6 III. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng. 8 IV. Kết luận chọn phương pháp điều khiển. 9 V. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng. 9 Chương II Tổng quan bộ chỉnh lưu tĩnh có điều khiển. I. Chỉnh lưu một nửa chu kì có điều khiển 20 II. Chỉnh lưu cả chu kì với biến áp có trung tính 21 III. Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển 22 IV. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển 23 V. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng 25 VI. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng. 27 VII. Chỉnh lưu tia sáu pha. 28 VIII. Kết luận chọn sơ đồ mạch điều khiển. 30 Chương III Tính chọn mạch động lực. I. Tính chọn Tiristor. 32 II. Tính toán máy biến áp cho bộ chỉnh lưu. 34 III. Thiết kế cuộn kháng lọc. 46 IV. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực. 56 Chương IV Tính chọn mạch điều khiển I. Lí thuyết mạch điều khiển. 62 II. Cấu trúc mạch điều khiển. 64 III. Thiết kế các khâu trong mạch điều khiển. 65 IV. Tính toán các thông số của mạch điều khiển. 74 Chương V Đánh giá chất lượng của hệ I. Xây dựng đặc tính cơ của hệ hở. 88 II. Dải điều chỉnh của hệ. 90 III. Sai số tĩnh lớn nhất của hệ. 90 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Xét phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng động cơ điện một chiều: U = E + Rư.I ( I – 1 ) Trong đó: U – điện áp phần ứng động cơ (V); E – sức điện động phần ứng động cơ (V); Rư – điện trở của mạch phần ứng (W ). Sức điện động của mạch phần ứng động cơ được xác định như sau: E = .f.w = K.f.w ( I – 2 ) Trong đó: K = là hệ số phụ thuộc vào kết cấu của động cơ; a - số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng; p – là số đôi cực từ chính; N – tổng số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng; f - từ thông kích từ; w - tốc độ góc ( rad/s ). w = = Từ ( I – 1 ) và ( I – 2 ) suy ra : ( I – 3 ) Phương trình ( I – 3 ) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ. Mặt khác mômen điện từ của động cơ được xác định theo công thức : ( I – 4) Từ phương trình ( I –3 ) và ( I – 4) ta được : (I – 5) Nếu bỏ qua các tổn thất ma sát trong các ổ trục, tổn thất trong thép, tổn thất trong dây quấn động cơ thì ta có : Mcơ = Mđt Để đơn giản ta kí hiệu : Mcơ = Mđt = M , lúc đó ta có : ( I - 6) Phương trình ( I-6) là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều. Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ, ta nhận thấy tốc độ phụ thuộc vào 3 thông số là : R, f, U. Do vậy có 3 phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều như sau : Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng của động cơ. Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông f. Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện áp phần ứng. Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng. Giả thiết U = Uđm = const. Muốn thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng, bằng cách mắc thêm một điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng và thay đổi giá trị điện trở Rf thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi theo. Vậy phương trình đặc tính cơ lúc này sẽ là : Ta thấy rằng khi thay đổi giá trị điện trở Rf thì tốc độ sẽ thay đổi theo. - Xét đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi mắc Rf vào mạch điện phần ứng như sau : w1= wđm w2 w3 M (3) Rf2 > Rf1 (2) Rf1 > 0 (1) Rư = RTN MC = Mđm wo Ta có : Trong đó : wo – là tốc độ không tải, wo = const; - là độ sụt tốc độ. - Theo đường đặc tính ta có : Ta giả thiết U, f, Iư, là những hằng số. Do vậy nên mômen M cũng là hằng số. Mặt khác, vì Rư < Rf1 < Rf2 nên ta có : - Độ cứng của đặc tính cơ : Độ cứng đặc tính cơ tự nhiên : Vậy . â Nhận xét : Nếu ở cùng một giá trị mômen cản MC thì độ sụt tốc độ sẽ càng lớn nếu điện trở của mạch phần ứng càng lớn và làm cho tốc độ động cơ bị suy giảm, đồng thời làm cho độ cứng của đặc tính cơ càng giảm, tức là đặc tính cơ càng dốc. Dựa vào đặc tính cơ ta thấy, tốc độ làm việc w2, w3 ở các đường đặc tính điều chỉnh (2) và (3) nhỏ hơn tốc độ wđm trên đường đặc tính tự nhiên. Vậy tốc độ truyền động chỉ được điều chỉnh về phía dưới, tức là tốc độ điều chỉnh nhỏ hơn tốc độ định mức. Hiệu suất của phương pháp này thấp. Ta có : Mặt khác ta có : Theo giả thiết ở trên, ta có U, Iư, f, Mc là những hằng số và là những đại lượng định mức. Nên ta có: Suy ra , vậy khi điều chỉnh tốc độ theo phương pháp này sẽ không kinh tế, do có tổn hao trên các điện trở phụ nên làm cho hiệu suất của thiết bị giảm. Vì vậy nên phương pháp này trong thực tế ít sử dụng. Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông của cuộn dây kích từ. Giả thiết U = Uđm = const và Rư = const. Muốn thay đổi từ thông thì ta phải thay đổi dòng điện kích từ Ikt. Ta có phương trình đặc tính cơ như sau: Trong đó : wo – là tốc độ không tải, wo = var ; - là độ sụt tốc độ, = var. M Mmax1 Mmax2 w02 w01 (2) (1) w02 w01 wđm Iđm Imax I w w - Ta có đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi từ thông mạch kích từ như sau: Đường (1) là đường ứng với khi f1 = fđm ; Đường (2) là đường ứng với khi f2 < f1 = fđm. Theo đường đặc tính cơ ta có : - Độ cứng của đăc tính cơ: Do cấu trúc của máy điện nhất định nên cuộn dây kích từ chỉ chịu được dòng kích từ định mức, do vậy thực tế chỉ sử dụng phương pháp điều chỉnh giảm từ thông ( f <fđm ). Khi ta cho giảm từ thông thì lúc đó tốc độ không tải sẽ tăng lên. â Nhận xét: - Đặc tính điều chỉnh theo từ thông f có độ cứng càng giảm xuống nếu như ta càng giảm từ thông, tức là đặc tính cơ càng dốc. Nghĩa là tốc độ thì sẽ tăng vọt còn mômen thì giảm nhanh, làm cho hệ số quá tải giảm. Vì vậy làm cho động cơ làm việc kém ổn định. - Việc điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp giảm từ thông không phù hợp với những tải có mômen cản là hằng số ( MC = const ). Vì MC = KM. f.I = const . Do vậy khi f giảm thì làm cho I tăng lên gây phát nóng động cơ. - Giải điều chỉnh của phương pháp này cũng bị hạn chế bởi tốc độ cao nhất của động cơ, khi tốc độ cao quá thì có thể làm hỏng phần quay của động cơ do lực li tâm lớn. III. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện áp phần ứng. Giả thiết f = fđm = const, khi ta thay đổi giá trị điện áp phần ứng thì ta có tốc độ không tải lí tưởng cũng thay đổi theo. Do cấu trúc cuộn dây phần ứng chỉ chịu được điện áp Uđm nên thực tế chỉ sử dụng phương pháp điều chỉnh giảm điện áp phần ứng. Tốc độ không tải và độ sụt tốc : Uđm U1 U2 U3 w wo wo1 wo2 wo3 M ; . - Đặc tính cơ : - Độ cứng đặc tính cơ : Khi giảm điện áp phần ứng động cơ thì ta được một họ đặc tính cơ song song và nằm về phía dưới đặc tính cơ tự nhiên. Và khi giảm điện áp phần ứng thì tốc độ động cơ giảm xuống tương ứng với một phụ tải nhất định. â Nhận xét: - Các đặc tính cơ nhân tạo có độ dốc không đổi ( tức là b = const ), nên tốc độ điều chỉnh được ổn định tương đối. - Phương pháp này có thể điều chỉnh được vô cấp tốc độ. - Dải điều chỉnh tốc độ của phương pháp này rất lớn. - Phương pháp này có thể tự động hóa mạch điều khiển và mạch động lực và có thể làm việc ở cả 4 góc phần tư của đồ thị đặc tính cơ. - Hiệu suất của phương pháp này tương đối cao và giống nhau ở các đường đặc tính do không có tổn hao trên điện trở. IV. Kết luận chọn phương pháp điều khiển : Trong ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ nói trên thì ta nhận thấy phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp giảm điện áp phần ứng là hiệu quả hơn cả vì những ưu điểm nói trên. Vậy ta chọn phương pháp giảm điện áp phần ứng động cơ để điều chỉnh tốc độ động cơ. V. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng. 1. Nguyên lý điều chỉnh: Để điều chỉnh điện áp phần ứng ta dùng một bộ biến đổi điều chỉnh được điện áp đầu vào cấp cho mạch phần ứng động cơ. Æ Æ ~ Æ Æ Æ KT BBĐ Bộ biến đổi BBĐ dùng để biến đổi điện xoay chiều của lưới thành điện một chiều và điều chỉnh điện áp ra của nó theo yêu cầu. Hiện nay thường dùng ba loại bộ biến đổi sau đây : - Bộ biến đổi máy phát điện một chiều. - Bộ biến đổi xung áp một chiều. - Bộ chỉnh lưu bán dẫn. Tương ứng với việc sử dụng bộ biến đổi, ta có các hệ truyền động như sau : - Hệ truyền động máy phát – động cơ ( hệ F – Đ ). - Hệ truyền động xung áp – động cơ điện một chiều ( hệ XA – Đ ). - Hệ truyền động chỉnh lưu Tiristor – động cơ ( hệ T – Đ ). Từ sơ đồ nguyên lí nói trên, ta có sơ đồ khối như sau : I Rbđ Rư Ubđ E Ta có phương trình cân bằng điện áp như sau : E = Ubđ – ( Rbđ + Rư )Iư Suy ra : Trong đó : là tốc độ không tải lí tưởng; là sức điện động dây quấn phần ứng động cơ. Ubđ = Ka.Uđk với : Ka- hệ số khuếch đại của bộ nguồn. Uđk – điện áp điều khiển. Vậy : 2. Hệ truyền động máy phát – động cơ ( MF – ĐC ). Æ — Æ + KTĐC Rf KTF ĐCSC ~ Æ Æ Æ Æ Æ F Đ - Sơ đồ nguyên lí : Giả thiết tốc độ của máy phát MF là w F = const, sức điện động của máy phát EF = f( Ikt ) theo qui luật đường cong từ hóa. Nếu coi mạch từ của máy phát không bão hòa thì đặc tính EF = f( Ikt ) có dạng đường thẳng. Ta có : Trong đó : - là hệ số cấu trúc của máy điện một chiều; - là từ thông kích từ máy phát; a - là hệ số góc của đường đặc tính từ hóa máy phát ( ở đọan tuyến tính); Vì dây quấn kích thích của máy phát được cấp bởi nguồn áp Uktf nên lúc này ta có : suy ra : Iktf º Uktf Sức điện động của máy phát trong trường hợp này sẽ tỉ lệ với điện áp kích thích bởi hệ số tỉ lệ Ku , vì vậy ta có thể viết : Ef = Ku.Uktf Mà điện áp của bộ biến đổi Ubđ chính là Ef nên ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ như sau : - Tốc độ không tải lí tưởng của động cơ : (1) - Độ cứng của đặc tính cơ : = const (2) Uktf = 0 (III) (IV) (I) (II) o w M Từ (1) và (2) chứng tỏ rằng khi thay đổi dòng kích từ từ máy phát thì tốc độ không tải của động cơ sẽ thay đổi còn độ cứng của đặc tính cơ thì giữ nguyên. Vì vậy đặc tính cơ điều chỉnh sẽ là họ đường thẳng song song như sau : + Góc phần tư thứ (I) và (III), tốc độ quay w và mômen quay M của động cơ quay cùng chiều nhau. Đây là chế độ động cơ, nói lên rằng năng lượng được vận chuyển thuận chiều từ nguồn ® máy phát ® động cơ ® tải. + Góc phần tư (II) và (IV), tốc độ quay w và mômen quay M của động cơ quay ngược chiều nhau. Đây được gọi là chế độ hãm tái sinh của động cơ, nói lên rằng năng lượng được vận chuyển theo chiều từ tải ® động cơ ® máy phát ® nguồn, lúc này máy phát và động cơ đổi chức năng cho nhau . Hãm tái sinh trong hệ F – Đ được khai thác triệt để khi giảm tốc độ, hãm để đảo chiều quay và hãm khi làm việc ổn định với tải có tính thế năng. â Nhận xét : Hệ truyền động F – Đ có đặc tính động rất tốt và linh hoạt khi chuyển đổi trạng thái làm việc, khả năng quá tải lớn. Tuy nhiên, hệ F – Đ dùng nhiều máy điện quay, trong đó sẽ có ít nhất là 2 máy điện một chiều, vì vậy nên sẽ gây ồn lớn, công suất lắp đặt máy phát lớn ít nhất gấp 3 lần công suất động cơ, cho nên hiệu suất của hệ truyền động này không cao. Ngoài ra, do máy phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hóa có trễ nên khó điều chỉnh tốc độ theo ý muốn. 3. Hệ truyền động xung áp – động cơ ( XA – ĐC ). Bộ biến đổi xung áp là một nguồn điện áp dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. + Æ - Sơ đồ nguyên lí và giản đồ xung áp : Vo - Æ KTĐC · K Æ Æ ĐC U TCK t2 t1 t Ud Để cải thiện dạng sóng của dòng điện phần ứng, ta thêm vào mạch một van đệm V0 . Có thể sử dụng Tiristor hoặc Trănzitor công suất để thay thế cho khóa K trong mạch trên. Khi đóng cắt khóa K, trên phần ứng động cơ sẽ có điện áp biến đổi theo dạng xung vuông. Khi ở trạng thái dòng liên tục thì giá trị trung bình của điện áp ra sẽ là: Trong đó : t1 – thời gian khóa ở trạng thái đóng ; t2 – thời gian khóa ở trạng thái mở; TCK – thời gian thực hiện một chu kì đóng mở của khóa; - là độ rộng của xung áp. Vậy ta có thể coi bộ biến đổi xung đẳng trị với nguồn liên tục có điện áp ra Ud và Ud có thể thay thay đổi được bằng cách thay đổi độ rộng xung g. Mặt khác, thời gian một chu kì đóng cắt của khóa K rất nhỏ so với hằng số thời gian cơ học của hệ truyền động, nên ta coi tốc độ và sức điện động phần ứng động cơ không thay đổi trong thời gian TCK . - Đặc tính điều chỉnh của hệ XA - ĐC : (1) (2) Khi thay đổi g ta được họ đường thẳng song song có độ cứng b = const và tốc độ không tải lí tưởng wo thay đổi theo g. Nếu nguồn vô cùng lớn thì ta có thể bỏ qua Rbđ , khi đó độ cứng của đặc tính cơ của hệ có độ cứng là: Tốc độ không tải lí tưởng wo phụ thuộc vào g chỉ là giá trị giả định. Nó có thể tồn tại nếu như dòng trong hệ là liên tục kể cả khi giá trị dòng tiến đến 0. Vì vậy, biểu thức (1) và (2) chỉ đúng với trạng thái dòng liên tục. Khi dòng điện đủ nhỏ thì hệ sẽ chuyển trang thái từ dòng liên tục sang trạng thái dòng gián đoạn. Khi đó các phương trình đặc tính điều chỉnh nói trên không còn đúng nữa mà lúc này đặc tính của hệ là những đường cong rất dốc. g1 g2 g3 g4 g5 w M ( I ) wo â Nhận xét : + Tất cả đặc tính điều chỉnh của hệ XA – ĐC khi dòng điện gián đoạn đều có chung một giá trị không tải lí tưởng, chỉ ngoại trừ trường hợp g = 0. + Bộ nguồn xung áp cần ít van dẫn nên vốn đầu tư ít. Hệ đơn giản chắc chắn. + Độ cứng của đặc tính cơ lớn. + Điện áp dạng xung nên gây ra tổn thất phụ khá lớn trong động cơ. Khi làm việc ở trạng thái dòng điện giáng đoạn thì đặc tính làm việc kém ổn định và tổn thất năng lượng nhiều. 4. Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ ( CL – ĐC ). + - ~ Æ Æ Æ CL ĐK ĐC Æ Æ KT - Sơ đồ nguyên lí : Hệ truyền động chỉnh lưu có điều khiển – động cơ ( CL – ĐC ) có bộ biến đổi là các mạch chỉnh lưu có điều khiển, có sức điện động Ed phụ thuộc vào giá trị của xung điều khiển ( tức là phụ thuộc vào góc điều khiển hay góc mở Tiristor ). Điện áp chỉnh lưu Ud ( hay Ed ) là điện áp không tải ở đầu ra, có dạng đập mạch với số lần đập mạch là n trong một chu kì 2p của điện áp thứ cấp máy biến áp. + Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia : n = m, trong đó m là số pha. + Với sơ đồ hình cầu : n = 2.m , m là số pha. Giả sử điện áp thứ cấp của máy biến áp có dạng hình sin với biểu thức là : u2 = U2m.sin wt = U2m.sin q , ( với q = wt ). Trong khoảng q = ( 0 ¸ 2p ) thì dạng điện áp và dòng điện lặp lại như chu kì ban đầu nên ta chỉ cần xét trong một chu kì T = 2p. - Sơ đồ thay thế của hệ CL – ĐC. E Rå Tiristor Lå Ud ~ Khi van dẫn thì ta có phương trình cân bằng điện áp như sau : Suy ra : Trong đó : Rå = Rba + Rư + Rk Lå = Lba + Lư + Lk Với : a. Trạng thái dòng liên tục : Ở trạng thái dòng liên tục, khi van này chưa khóa thì van kế tiếp đã mở, việc mở van kế tiếp là điều kiện cần để khóa van đang dẫn. Do vậy, điện áp của chỉnh lưu sẽ có dạng đường bao của điện áp thứ cấp máy biến áp. Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu : Trong đó : là góc mở của van; là điện áp một chiều lớn nhất ở đầu ra chỉnh lưu ứng với a = 0; U2m là trị biên độ của điện áp thứ cấp máy biến áp; n – số lần đập mạch trong một chu kì. + Bỏ qua sụt áp trên van, ta có phương trình đặc tính cơ như sau : Trong đó : Rư – điện trở của phần ứng động cơ; Rkh – điện trở của cuộn kháng lọc; Rba – điện trở của máy biến áp, với Xba – điện kháng máy biến áp, với Rv – điện trở của các van, ( Rv rất nhỏ có thể bỏ qua ); - điện trở đẳng trị do quá trình chuyển mạch. + Độ cứng của đặc tính cơ : Udo Ud1 Ud2 Ud3 w wo wo1 wo2 wo3 M( I ) b. Trạng thái dòng gián đọan : Khi điện kháng trong mạch không đủ lớn, nếu sức điện động của động cơ đủ lớn thì dòng điện tải sẽ trở thành gián đoạn. Ở trạng thái này thì dòng qua van bất kì sẽ bằng 0 trước khi van kế tiếp mở. Do vậy trong một khoảng dẫn của van thì sức điện động của chỉnh lưu bằng sức điện động nguồn : ed = U2 , với 0 £ q £ l , trong đó l là khoảng dẫn. Khi dòng điện bằng 0 thì sức điện động của chỉnh lưu bằng sức điện động của động cơ : ed = E , với l < q £ Vậy ta có điện áp trung bình của chỉnh lưu là : Vậy : w M( I ) a = 0 wo Đặc tính cơ của hệ CL – ĐC khi dòng điện gián đọan : â Nhận xét : + Ưu điểm : Hệ truyền động CL – ĐC có độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự động hóa, do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, vì vậy rất thuận tiện cho việc thiết lập hệ thống tự động điều chỉnh để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống. Mặt khác, việc dùng hệ CL – ĐC có kích thước và trọng lượng nhỏ gọn. + Nhược điểm : Hệ truyền động CL – ĐC có các van bán dẫn là các phần tử phi tuyến tính, do đó dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây nên tổn thất phụ trong máy điện một chiều. 5. Kết luận : Trong các hệ truyền động điện dùng phương pháp giảm điện áp phần ứng để điều chỉnh tốc độ nói trên, ta nhận thấy hệ truyền động CL – ĐC là có nhiều ưu điểm hơn cả. CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU TĨNH CÓ ĐIỀU KHIỂN. So với chỉnh lưu không điều khiển ( chỉ dùng Diode để chỉnh lưu ), thì chỉnh lưu có điều khiển ( dùng Tiristor để chỉnh lưu ) có nhiều ưu điểm hơn. Nhờ có cực điều khiển của Tiristor mà ta có thể điều chỉnh được giá trị điện áp ra theo yêu cầu bằng cách thay đổi góc mở a của Tiristor. Do vậy rất thuận tiện trong việc điều khiển. Mặt khác, với chỉnh lưu có điều khiển thì ta có thể điều khiển công suất chạy theo cả hai chiều : từ nguồn ® tải, hoặc từ tải ® nguồn ( nghịch lưu trả năng lượng về lưới ). I. Chỉnh lưu một nửa chu kì có điều khiển : - Sơ đồ nguyên lí : Id Æ Æ Rd BA Ld Tiristor ~ Ud U t a - Đồ thị dạng sóng : Dạng điện áp một chiều ở đầu ra của chỉnh lưu sẽ bị gián đoạn trong một nửa chu kì khi điện áp ở Anốt của Tiristor bị âm. Do vậy, chất lượng điện áp một chiều của loại chỉnh lưu này rất xấu. - Trị số điện áp trung bình lớn nhất được tính như sau : Ud = 0,45.U2 Vì chất lượng điện áp ra xấu cho nên hệ số sử dụng biến áp cũng thấp: â Nhận xét : Chỉnh lưu một nửa chu kì là loại chỉnh lưu cơ bản, có sơ đồ nguyên lí đơn giản. Chất lượng điện áp một chiều ở đầu ra xấu, dòng điện gián đoạn. Do vậy, loại chỉnh lưu này ít dùng trong thực tế. II. Chỉnh lưu cả chu kì với biến áp có trung tính. · · Ld T2 Id BA Rd Æ Æ T1 U1 U2 U2 - Sơ đồ nguyên lí : Ud U t a - Đồ thị dạng sóng: + Giá trị trung bình của điện áp tải : Với a là góc mở của Tiristor. + Giá trị điện áp ngược đặt trên Tiristor : + Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua Tiristor : + Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua tải : + Công suất máy biến áp : â Nhận xét : So với chỉnh lưu nửa chu kì, thì loại chỉnh lưu này có chất lượng điện áp tốt hơn, dòng điện chạy qua van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ, việc điều khiển các van đơn giản. Tuy nhiên, việc chế tạo máy biến áp phải có hai dây quấn thứ cấp giống nhau, với mỗi cuộn chỉ làm việc ở một nửa chu kì. Chính vì vậy làm cho việc chế tạo máy biến áp phức tạp hơn và khả năng sử dụng máy biến áp thấp. III. Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển : - Sơ đồ nguyên lí : Id Ld T4 T2 T3 Rd BA · · · · Æ Æ T1 U2 U1 - Đồ thị dạng sóng : Ud U t a + Giá trị trung bình của điện áp tải : + Giá trị điện áp cực đại trên tải : + Giá trị điện áp ngược đặt lên mỗi van Tiristor : + Giá trị dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp : + Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua mỗi van : + Công suất của máy biến áp : â Nhận xét : Chỉnh lưu cầu một pha có chất lượng điện áp ra tương đương với chất lượng điện áp ra của chỉnh lưu một pha có biến áp trung tính, nhưng đối với chỉnh lưu cầu một pha lại có điện áp ngược đặt lên mỗi van chỉ bằng một nữa so với chỉnh lưu một pha có biến áp trung tính. Khả năng sử dụng máy biến áp của chỉnh lưu này cao hơn so với chỉnh lưu một pha có biến áp trung tính. IV. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển : T2 a b c · · · · Rd Id Ld T1 T3 - Sơ đồ nguyên lí : - Đồ thị dạng sóng : Ud t U a + Giá trị trung bình của điện áp tải : + Giá trị điện áp điện áp ngược đặt lên Tiristor : + Giá trị dòng điện trung bình chạy qua tải : + Giá trị dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp : + Giá trị dòng điện trung bình của từng van : + Công suất máy biến áp : â Nhận xét : Chỉnh lưu tia ba pha có chất lượng điện áp tốt hơn so với tất cả các loại chỉnh lưu một pha. Dòng điện chạy qua các van bán dẫn nhỏ hơn so với các loại chỉnh lưu một pha. Trong các loại chỉnh lưu ba pha, thì chỉnh lưu tia ba pha có số van bán dẫn ít nhất. Trong cuộn dây phía thứ cấp máy biến áp có tồn tại dòng điện một chiều, vì vậy làm cho lõi thép máy biến áp chóng bị bão hòa gây phát nóng lõi thép. Cuộn dây thứ cấp máy biến áp phải đấu sao, với bốn đầu dây nối ra ngoài và dây trung tính phải lớn gấp đôi dây pha. V. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. · · T1 T3 T5 T6 Id · · · T4 · · · Rd Ld c T2 b a - Sơ đồ nguyên lí : - Đồ thị dạng sóng : t Ud UT UT U t a a + Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu : + Giá trị trung bình của dòng điện qua Tiristor : + Giá trị dòng điện hiệu dụng qua Tiristor : + Giá trị điện áp ngược lớn nhất của Tirisror : + Công suất máy biến áp : â Nhận xét : + Hiệu suất sử dụng máy biến áp của chỉnh lưu này cao. + Điện áp chỉnh lưu có số lần đập mạch trong một chu kì gấp đôi số lần đập mạch của chỉnh lưu tia ba pha. Cụ thể, có n = 6 lần đập mạch trong một chu kì. Dòng điện trong các Tiristor có dạng chữ nhật nhưng dòng điện qua thứ cấp máy biến áp hoàn toàn đối xứng và không có thành phần một chiều nên ít làm lõi thép bị phát nóng. + Có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu trả năng lượng về nguồn. Cùng một lúc cần có hai xung điều khiển để điều khiển hai Tiritor đồng thời. VI. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng. · T2 T3 D3 · · · D2 · · · T1 D1 · c b a Id Rd Ld - Sơ đồ nguyên lí : U UD UT t a t Ud - Sơ đồ dạng sóng : + Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu : + Giá trị trung bình của dòng tải : + Giá trị dòng điện trung bình chạy qua mỗi van : + Giá trị điện áp ngược của van : + Công suất máy biến áp : â Nhận xét : + Hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt. + Việc mở các van điều khiển đơn giản hơn so với chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng, nhưng các sóng điều hòa bậc cao của tải và của nguồn lớn hơn. · Rd Æ Æ · · A B C Ld Æ · · · A- · · · · B- C- T4 T5 T6 · · · A+ · · · B+ C+ T1 T2 T3 · Id + Số lần đập mạch trong một chu kì chỉ có 3 lần và thành phần đập mạch của chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng có giá trị lớn hơn giá trị của thành phần điện áp đập mạch của chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng. VII. Chỉnh lưu tia sáu pha. - Sơ đồ nguyên lí : - Đồ thị dạng sóng : U Ud t a + Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu : + Giá trị dòng điện tải : + Giá trị dòng điện trung bình va mỗi van : + Giá trị hiệu dụng của dòng điện qua van : + Giá trị điện áp ngược lớn nhất của van : + Công suất máy biến áp : â Nhận xét : + Cùng với chỉnh lưu cầu ba pha, đây là loại chỉnh lưu có chất lượng điện áp chỉnh lưu tốt nhất. + Dòng điện chạy qua các van bán dẫn là nhỏ nhất trong các sơ đồ thường gặp. + Khả năng tận dụng máy biến áp là thấp và việc chế tạo sáu cuộn dây thứ cấp máy biến áp giống nhau là rất khó khăn phức tạp. VIII. Kết luận chọn sơ đồ mạch động lực : Từ các phân tích về ưu, nhược điểm của các loại sơ đồ chỉnh lưu nói trên. Với tải là động cơ điện một chiều có công suất P = 5,5 KW thì việc chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng là hợp lí nhất, bởi vì đây sơ đồ chỉnh lưu có chất lượng điện áp và dòng điện ra tốt nhất. Khả năng tận dụng máy biến áp rất cao, chế tạo máy biến áp đơn giản, dòng điện thứ cấp máy biến áp là đối xứng và không có thành phần một chiều nên không gây bão hòa lõi thép. Mặt khác, khi góc mở a càng lớn thì điện áp trên tải sẽ có phần âm nên chỉnh lưu này có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu trả năng lượng về lưới. SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC CÓ THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ ĐC · · M D Æ K · · · · B A C Ap CD Æ Æ Æ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · R1 C1 R1 C1 R1 C1 3CC 3CC T2 R2 C2 T4 R2 C2 T6 R2 C2 2