LINK DOWNLOAD MIỄN PHÍ TÀI LIỆU " thiết kế bộ biến đổi dc-ac điều khiển động cơ một chiều": http://123doc.vn/document/569154-thiet-ke-bo-bien-doi-dc-ac-dieu-khien-dong-co-mot-chieu.htm
Lời nói đầu
Với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bán dẫn công suất lớn,
các thiết bị biến đổi điện năng dùng các linh kiện bán dẫn công suất đã đợc
sử dụng nhiều trong công nghiệp và đời sống nhằm đáp ứng các nhu cầu
ngày càng cao của xã hội. Vì thế môn học Điện Tử Công Suất là một trong
những môn khoa học đặc biệt trong các trờng kỹ thuật để ngời học có điều
kiện học tập nghiên cứu ra những ứng dụng phục vụ cho thực tiễn. Tuy
nhiên những ứng dụng đó vẫn cha đợc khai thác triệt để trong hệ thống điều
khiển, đo lờng và điều chỉnh
Trong quá trình học tập tại trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng
Yên đợc sự chỉ đạo của nhà trờng của khoa Điện - Điện Tử và đặc biệt là
thầy Đoàn Văn Điện đã hớng dẫn chúng tôi làm đề tài Thiết kế bộ điều áp
xoay chiều cho động cơ một pha công suất lớn. Và trong cuốn thuyết
minh này chúng tôi đã trình bày đợc những vấn đề cơ bản mà đề tài đã yêu
cầu. Tuy nhiên với thời gian và kiến thức còn hạn chế nên nội dung còn có
những thiếu sót. Chúng tôi rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của
các thầy, các cô và toàn thể các bạn để đề tài của chúng tôi đợc hoàn thiện
hơn.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!
Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 5 -
Đồ án môn học
Bộ điều áp xoay chiều cho động cơ
một pha công suất lớn
Chơng 1 Khái niệm chung
Trong kỹ thuật điện có nhiều trờng hợp phải biến đổi điện áp xoay
chiều giá trị không đổi thành điện áp xoay chiều có giá trị điều chỉnh đ-
ợc có cùng tần số. Thông thờng ta dùng MBA, MBA có u điểm là kết
cấu gọn gàng, làm việc tin cậy độ bền cao và nếu Uv là hình sin thì Ur
cũng có hình sin, nhng nó lại có nhợc điểm: khó thực hiện thay đổi trơn
điện áp ra nhất là đối với tải công suất trung bình và lớn . Khi đó ngời ta
dùng thiết bị khác là BBĐ AC- AC. Thiết bị này sử dụng các dụng cụ
bán dẫn có điều khiển.
Nguyên tắc : Cắt đi một phần trong mỗi nửa chu kỳ của điện áp
nguồn xuay chiều hình sin làm cho Ur < Unguồn.
Ưu điểm: gọn nhẹ hiệu suất cao, làm việc tin cậy, điều chỉnh trơn
điện áp với phạm vi rộng với mọi cấp công suất.
Nh ợc điểm : độ tin cậy không bằng MBA, sơ đồ điều khiển phức tạp,
Uvào dạng sin nhng Ura khác sin.
Phạm vi ứng dụng BBĐ xc-xc:
- Điều khiển tốc độ của các động cơ xoay chiều không đồng bộ
công suất nhỏ bằng phơng pháp biến đổi nguồn
- Khởi động các độngcơ xoay chiều không đồng bộ roto lồng sóc
công suất trung bình và lớn.
- Cung cấp cho sơ cấp MBA tăng áp khi có yêu cầu điều chỉnh trơn
điện áp ra.
Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 6 -
Đồ án môn học
Chơng 2 Thiết kế bộ điều áp AC - AC cho tải
động cơ công suất lớn
2.1 Sơ đồ mạch động lực
2.1.1 Giới thiệu một số sơ đồ
- Sơ đồ sử dụng 2 thyristor mắc song song ngợc (Ha)
Đặc điểm: Thích hợp với các sơ đồ điều khiển tải có công suất lớn.
Vì ngày nay thyristor đã đợc chế tạo có dòng đến 7000A thì việc
điều khiển xoay chiều đến hàng chục nghìn Ampe là hoàn toàn có
thể. Tuy nhiên nó cũng có nhợc điểm là chất lợng điều khiển không
đợc tốt, nhất là về mặt đối xứng điện áp .
- Sơ đồ sử dụng 1 triac (Hb)
Đặc điểm: Khắc phục đợc nhợc điểm của thyristor và có u điểm hơn
về mặt lắp ráp nhng triac hiện nay mới đợc chế tạo với dòng không
lớn I < 400Anên không thích hợp với dòng tải lớn.
- Sơ đồ sử dụng 2 diode và 2 thyristor catot chung(Hc)
Đặc điểm: Chỉ dùng để nối các cực điều khiển đơn giản.
- Sơ đồ sử dụng 4 diode và 1 thyristor (Hd)
Đặc điểm : Đợc dùng khi cần điều khiển đối xứng điện áp trên tải
tuy nhiên lại có tổn hao lớn trên các van bán dẫn nên hiệu suất lớn.
Hình 2.1: Các sơ đồ
Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 7 -
Tải
Tải
Tải
Tải
H
aa
Hc
Hd
Hình 2.2: Sơ đồ mạch động lực
Tải
T1
T2
Đồ án môn học
2.1.2 Lựa chọn sơ đồ
Căn cứ vào:
- Đặc điểm của tải
Tải động cơ công suất lớn
Điện áp điều chỉnh trơn 0
ữ
U lới
Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại
Nguồn cấp : điện áp lới
- Điều kiện làm việc : Có thể làm việc ngoài trời hoặc trong nhà
- Trình độ khả năng của ngời thiết kế và vận hành còn hạn chế.
ta chọn sơ đồ hình (Ha)
2.1.3 Nguyên lý làm việc
Khi tải là điện cảm (R+L) góc lệch
pha của tải
R
L
arctag
=
sẽ làm giảm sự
biến thiên của góc điều khiển
.
Ta xét sự hoạt động của mạch với các
trờng hợp của góc điều khiển
.
a) Khi
<
<
Thyristor đợc mồi ở
t
0
=
, lúc này
giả sử T1 đang dẫn ta có phơng trình mạch điện là:
L
dt
di
+ Ri =Vm.sin
t
Nghiệm của dòng điện i có biểu thức
i =i
f
+i
l
=
)(
)sin()sin(
t
L
R
mm
e
Z
V
t
Z
V
Với Z là tổng trở Z =
22
LR
+
và tg
R
L
=
Thành phần i
l
âm vì
>
tại t = t
1
thì T1 bị khoá
Ta có :
t
1
<
+
<
+
Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 8 -
Đồ án môn học
ở thời điểm t = T/2 + To thì T2 đủ điều kiện dẫn
- Đợc phân cực thuận(vì điện áp nguồn đã đổi dấu)
- Có xung điều khiển
T2 dẫn và quá trình xảy ra tơng tự nh đối với chu kỳ dơng
điện áp.
Hình 2.3: Dạng sóng điện áp 1 pha khi tải R- L với góc mồi
<<
Khi
>
các thyristor luôn bị khoá bởi vì xung mồi đến khi mà
điện áp U
AK
luôn âm.
Khi
=
thành phần hàm mũ của i =0 nên dòng điện hình sin nối
trực tiếp với tảI. Nh vậy khi thay đổi góc điều khiển
giữa
và
dòng
điện hiệu dụng thay đổi từ 0 đến cực đại = Vmax/Z.
b) Khi
<
Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 9 -
V1 V2
V
V
`
01
2
t
T
t
+=
T
t
t
0
t
0
t
1
T
t
l
t
f
V1 = -V2
0
T
T
t
Đồ án môn học
Lúc này sự hoạt động của bộ điều áp phụ thuộc vào tín hiệu đa vào
cực điều khiển
Nếu xung mồi rất ngắn thyristor nhận đợc xung mồi đầu tiên và mở,
dòng điện i là i = i
f
+ i
l
=
)(
)sin()sin(
t
L
R
mm
e
Z
V
t
Z
V
Bây giờ thành phần dòng cỡng bức i
f
và i
l
cùng dấu. Dòng điện triệt
tiêu khi
t
1
>
+
do đó lớn hơn
+
xung đến cực điều khiển của T2 ở
thời điểm
+=
t
khi thyristor này có điện áp U
AK
âm do điện áp rơi
trong T1 đang dẫn đã đổi dấu và do vậy T2 không đợc mồi khi điện áp T2
trở nên dơng tại t = t
1
thì lại không còn xung trên cực điều khiển nữa. Vì lý
do đó sơ đồ làm việc không bình thờng: Một nửa chu kỳ dòng điện biến
mất một cách đột ngột. Dòng điện i chuyển từ V/Z sang V/Z
2
.
Hình2.4: Điều áp một pha, tải R-L hoạt động không bình thờng
Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 10 -
i
G
, i
G
`
i
G
i
G
`
i
G
t
t
t
V
1
=-V
2
V
T
t
0
i
0
i
f
i
+
i
l
t
1
T
t
Đồ án môn học
- Nếu xung mồi có độ rộng đủ lớn thì khi t = t
1
điện áp U
AK
của T2
trở thành dơng và trên cực điều khiển của nó vẫn có xung mồi từ thời điểm
t =
/)(
+
do vậy T2 dẫn. Thành phần i
l
trong biểu thức của i vẫn không
đổi (giống nh khi T1 dẫn). Và tơng tự tại thời điểm t = t
2
T1 sẽ dẫn trở lại.
Sau một vài chu kỳ thành phần i
l
mất đi và dòng điện i trùng với dòng cỡng
bức hình sin i
f
. Việc chuyển góc
<
không tạo nên hoạt động bình thờng
nữa, trị số hiệu dụng I = V/Z. Bộ điều áp sẽ làm việc nh một khoá chuyển
mạch đóng thờng xuyên khi
=
.
Kết luận: Khi phụ tải của bộ điều áp có tính R+L thì tại thời điểm
bằng 0 và bắt đầu đổi dấu của điện áp nguồn thì van làm việc ở giai đoạn tr-
ớc cha khoá lại mà vẫn tiếp tục dẫn dòng nhờ sức điện động tự cảm của L.
Do đặc điểm này mà khi đặc tính tải của bộ điều áp biến đổi thì giá trị hiệu
dụng của điện áp ra cũng thay đổi mặc dù ta giữ nguyên giá trị góc điều
khiển.
Gọi
là khoảng kéo dài sự dẫn dòng của van do sức điện động tự
cảm thì góc
sẽ tăng nếu ta giảm góc điều khiển và khi
thì
đạt
giá trị max =
.Khi
=
thì góc dẫn
==
max
có nghĩa là mỗi van sẽ
dẫn một nửa chu kỳ nếu nh vậy thì U
tải
luôn = U
nguồn
Nếu độ dài xung đủ lớn (
) thì khi phát tín hiệu mở van với các
góc điều khiển nằm trong khoảng
<
góc dẫn
==
max
điện áp và
dòng điện trên tải có dạng sin các van nh những khoá chuyển mạch. Vậy
với bộ điều áp này khi
<
ta không điều chỉnh đợc điện áp ra trên tải và
để điều khiển đợc thì
<<
Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 11 -
Đồ án môn học
Hình 2.5: Bộ điều áp một pha, tải R L, xung điều khiển đủ rộng
2.2 Thyristor
2.2.1 Cấu tạo:
Thyristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn PNPN liên tiếp tạo nên
anốt, katôt và cực điều khiển.
Hình2.6: a là cấu tạo, b là ký hiệu
Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 12 -
i
G
, i
G
`
0
0
i
G
i
G
`
0
t
V
1
=-V
2
i
G
`
i
G
t
V
i
i
f
i
l
+
t
1
t
2
t
i
P
1
N
1
P
2
N
2
( a ) ( b )
A
J
1
J
2
J
3
A
K
G
G
K
Đồ án môn học
Thyristor gồm một đĩa Silic từ đơn thể loại N, trên lớp đệm loại
bán dẫn P có cực điều khiển bằng dây nhôm, các lớp chuyển tiếp đợc
tạo nên bằng kỹ thuật bay hơi của Gali.
2.2.2 Nguyên lý hoạt động
Đặt thyristor dới một điện áp một chiều , anốt nối vào cực dơng,
catốt nối vào cực âm của nguồn điện áp, J
1,
J
3
phân cực thuận, J
2
phân cực ngợc. Gần nh toàn bộ điện áp nguồn đặt trên mặt ghép J
2
.
Điện trờng nội tại Ei của J2 có chiều từ N1 hớng về P2. Điện trờng
ngoài tác động cùng chiều với Ei vùng chuyển tiếp cũng là vùng
cách điện càng mở rộng ra không có dòng điện chạy qua thyristor
mặc dù nó bị đặt dới điện áp thuận.
Hỡnh 2.7: ;Đặc tính volt-ampe của tiristor.
+) Mở thyristor
Cho một xung điện áp dơng Us tác động vào cực G (dơng so
với K), Các điện tử từ N2 sang P2. Đến đây một số ít điện tử chảy
vào cực G và hình thành dòng điều khiển Is chạy theo mạch G- J3-
K-G còn phần lớn điện tử chịu sức hút của điện trờng tổng hợp của
mặt ghép J2 lao vào vùng chuyển tiếp này, tăng tốc, động năng lớn
bẻ gãy các liên kết nguyên tử silíc tạo nên các nguyên tử tự do mới.
Số nguyên tử mới đợc giải phóng tham gia bắn phá trong vùng kế
tiếp. Kết quả là phản ứng dây truyền xuất hiện nhiều điện tử chạy
vào N1 qua P1 và đến cực dơng của nguồnđiện ngoài gây nên hiện t-
ợng dẫn ào ạt, J2 trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm ở
xung quanh cực G rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép.
Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 13 -
I
H
U
I
U
Z
0
U
ch
Đồ án môn học
Thyristor khi + U
AK
> 1V hoặc I
G
> I
Gst
thì thyristor sẽ mở. Trong đó
I
Gst
là dòng điều khiển đợc tra ở sổ tay tra cứu.
+) Khoá thyristor có 2 cách :
- Làm giảm dòng điện làm việc I xuống dới giá trị dòng duy trì I
H
- Đặt một điện áp ngợc lên thyristor, khi đó U
AK
< 0, J1 và J3 bị
phân cực ngợc, J2 phân cực thuận, điện tử đảo chiều hành trình
tạo nên dòng điện ngợc chảy từ catốt về anốt, về cực âm của
nguồn điện ngoài.
+) Xét sự biến thiên của dòng điện i(t) khi thyristor khoá
Từ t
0
đến t
1
dòng điện lớn, sau đó J1, J3 trở nên cách điện. Do hiện t-
ợng khuếch tán một ít điện tử giữa hai mặt J1 và J3 ít dần cho đến
hết, đồng thời J2 khôi phục tính chất của mặt ghép điều khiển.
2.2.3 Ưng dụng
Thyristor đợc sử dụng trongcác bộ nguồn đặc biệt trong mạch chỉnh
lu, bộ băm và bộ biến tần trực tiếp hoặc các bộ biến tần có khâu
trung gian một chiều
- ứng dụng của thyristor trong mạch điều khiển động cơ
- Chuyển mạch tĩnh
- Khống chế pha
- Nạp ăcquy
- Khống chế nhiệt
Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 14 -
Hình 2.8: Sự biến thiên của dòng điện i(t) trong qúa trình thyristor khoá.
t
1
t
2
t
0
t
I
i
