Đặc tính cơ học được định nghĩa là mối quan hệ chức năng giữa tốc độ quay và mômen điện từ của động cơ n=f(M). Hình 1.7 cho thấy sự thay đổi của mô-men xoắn khi thay đổi điện trở trong rôto động cơ.
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
- Mở đầu
- Thay đổi tần số nguồn điện cung cấp f 1
- Thay đổi số đôi cực
- Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp nguồn cung cấp
- Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch rô to
- Thay đổi điện áp ở mạch rô to
Đặc điểm của phương pháp thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi số cực: rẻ tiền, dễ thực hiện. Phương pháp thay đổi tốc độ này cho phép thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng (trên và dưới tốc độ đồng bộ).
HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP
Sơ đồ khối
Trong thực tế, việc sản xuất các hệ thống truyền động điện cần có sự điều chỉnh tốc độ. Ngày nay, các hệ thống truyền động điện công nghiệp chủ yếu là hệ thống truyền động điện xoay chiều hoặc động cơ đồng bộ. Trong đó đối với động cơ đồng bộ ta nghiên cứu động cơ đồng bộ rôto lồng sóc.
Với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc để điều tốc có thể áp dụng các phương pháp sau: thay đổi điện áp, thay đổi tần số nguồn cấp hoặc thay đổi số cặp cực Mỗi phương pháp đều có những ưu, nhược điểm nhất định tuỳ theo yêu cầu công nghệ, kỹ thuật và kinh tế mà người ta chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ thích hợp. Trong công nghiệp, nhiều hệ thống điều tốc yêu cầu chất lượng thấp, chẳng hạn như hệ thống truyền động dùng trên tàu biển, hệ thống truyền động tại các trạm bơm tưới tiêu, hầm mỏ, v.v. Hiện nay, để điều chỉnh tốc độ của động cơ đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp nguồn, các máy biến áp cổ điển như v.d. máy biến áp tự ngẫu, thực hiện kết nối sao-tam giác. Giả sử đường cong ở hình 2.2 là đồ thị của điện áp pha A đặt vào stato động cơ do 2 van T1 và T4 mở một góc α0 so với góc của hình sin đó từ ÷ π +δ thì vẫn bằng năng lượng điện từ mà trong hệ số tự cảm của mạch.
Tương tự, van T4 mở giữa chu kỳ âm, góc δ phụ thuộc vào góc φ của động cơ, tức là độ trượt của động cơ.
Nguyên lý hoạt động hệ thống điều chỉnh điện áp
Điện áp đến stato động cơ Ub (tức là điện áp đầu ra của bộ biến đổi). Điện áp stato không hình sin, như trong hình 2.2, được phân tích thành các thành phần sóng hài, trong đó sóng thứ nhất là thành phần công cơ học.
BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 3 PHA
- Sơ đồ đấu sao có trung tính
- Sơ đồ đấu sao ko trung tính
- Nối tam giác từ 3 bộ điều áp xoay chiều một pha
- Bộ điều áp ba pha hỗn hợp
Hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp trung tính AC không dây ba pha là một chức năng tổng hợp của các pha. Việc điều chỉnh điện áp của bộ điều chỉnh điện áp sóng trung tính 3 pha phụ thuộc vào góc α. Giả sử tải đối xứng và sơ đồ điều khiển đảm bảo tạo ra các xung mở và góc mở lệch nhau 120 .
Khi dòng điện chạy qua cả 3 pha thì hiệu điện thế ở mỗi pha đúng bằng hiệu điện thế của các pha. Có một cách khác để tạo ra một bộ ổn áp ba pha bao gồm một bộ ổn áp một pha với kết nối tam giác như trong hình 2.5. Trong sơ đồ hình 2.6, ta thấy mỗi pha có một thyristor được thay bằng diode.
Không có dây trung tính làm cho giá trị trung bình của tổng dòng pha của tải và điện áp kết nối của nó luôn bằng không.
LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU
Khi công suất giảm, chi phí của thyristor và mạch điều khiển phải giảm, và có nhiều khả năng là bộ điều chỉnh điện áp ba pha. Được đặt giữa nguồn lưới và tải, cho phép thay đổi pha khi chuyển từ tam giác sang sao mà không cần thay đổi bộ điều chỉnh. Bằng cách đặt tải, ba nhóm tiristo có thể được tách thành hình tam giác, làm giảm dòng điện và giảm kích thước của tiristo.
Khi vấn đề ổn định dòng điện không quan trọng, bộ điều chỉnh điện áp ba pha và các giải pháp thay thế của nó sẽ có lợi hơn so với kết nối tam giác của bộ điều chỉnh điện áp ba pha một pha. Bộ điều chỉnh ba pha hỗn hợp chỉ được sử dụng trong các hệ thống dòng điện nhỏ do ảnh hưởng quan trọng của sóng hài. Sóng hài bậc 2 sẽ tạo ra mômen phản kháng lớn cho máy quay.
Tóm lại trong đề tài này ta chọn ổn áp 3 pha có 6 thyristor.
THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC
Chọn phần tử bảo vệ van bán dẫn
Bảo vệ van bán dẫn khỏi sự cố do xung điện áp từ nguồn điện với mạch R1C1, để bảo vệ các đỉnh điện áp từ nguồn điện được kết nối song song với tải trên mạch R-C đầu vào 1 để lọc xung. Khi có một xung điện áp từ đường dây, nhờ mạch lọc này, đỉnh của xung hầu như nằm hoàn toàn trên điện trở đường dây. Để bảo vệ chống xung đột điện áp do quá trình tiết lưu, các van sử dụng mạch RC song song với các van bán dẫn.
Khi chuyển mạch, do van phóng điện ra ngoài nên xung điện áp trên bề mặt tiếp giáp P-N. Mạch R-C song song với van bán dẫn tạo ra mạch phóng điện nhất thời trong quá trình chuyển đổi van. Khi van bán dẫn hoạt động, một dòng điện đi qua van bị sụt áp nên công suất tổn thất ΔP.
Để van bán dẫn hoạt động hết công suất mà không bị nhiệt đánh thủng thì phải chọn cách tản nhiệt hợp lý.
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
Giai đoạn đồng bộ hóa bao gồm một máy biến áp hai pha với Δ/Y, một mạch so sánh để vượt qua 0 và một bộ cách ly quang điều chỉnh xung hình chữ nhật đối xứng UB có tần số 50 Hz với chênh lệch 120 năng lượng điện cùng pha với pha. điện áp của mạng. Điện áp Urc được so sánh với điện áp điều khiển Udk ở đầu vào A3. Tổng đại số của Urc + Udk xác định dấu của điện áp đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán A3.
Mạch đa hài tạo chùm xung tới A4 để cung cấp chuỗi xung cao tần. Các xung đầu ra UF mở các bóng bán dẫn, kết quả là chúng ta nhận được một chuỗi xung nhọn Xdk trên biến áp xung, để mở tirito T. Điện áp Ud sẽ xuất hiện trên tải kể từ thời điểm có xung điều khiển đầu tiên, lúc lần t2, t4 trong chuỗi xung điều khiển ứng với mỗi chu kỳ điện áp nguồn cho đến hết nửa chu kỳ điện áp anot dương.
Tầng khuếch đại có nhiệm vụ khuếch đại xung từ tầng phân phối xung đến kích của thyristor, ngoài ra nó còn sử dụng biến áp xung để cách ly mạch điều khiển và mạch động lực.
Tính toán và phân tích mạch điều khiển
- Tính chọn khâu khuyếch đại xung
- Tính chọn bộ tạo xung chùm
- Tầng so sánh
- Tính chọn khâu đồng pha
- Đo điện áp và hiển thị điện áp
- Chương trình hiển thị điện áp
Điện áp giữa cực thu và đế khi mạch hở của cực phát UCB0 = 40 V Điện áp giữa cực phát và cực khi hở mạch của cực Collecto: UEB0 = 5 V Dòng điện tối đa mà Collecto có thể xử lý: ICmax = 10 A Dòng làm việc của Collecto: IC = 6 A. Ta thấy với loại Thyristor đã chọn thì công suất điều khiển khá nhỏ Udk = 1,5 V, Idk = 0,1 A nên dòng cực góp của Transistor là khá nhỏ nên chỉ cần 1 bóng bán dẫn. Toàn bộ mạch điều khiển phải dùng 3 cổng AND nên ta chọn IC CMOS 4081.
Ba kênh điều khiển chỉ cần 1 mạch khuếch đại thuật toán nên ta chọn IC loại TL081. Giai đoạn đồng bộ hóa bao gồm máy biến áp hai pha Δ/Y, mạch so sánh điểm không và bộ cách ly quang điều biến ba xung vuông tần số 50 Hz với hiệu số 120 năng lượng điện cùng pha với điện áp pha. Điện trở R3 để hạn chế dòng điện đi vào đế của bóng bán dẫn Tr1 được chọn như sau.
Dưới đây là chương trình hiển thị điện áp nạp vào vi điều khiển AVR. Khởi tạo bộ định thời/Bộ đếm 1 // Nguồn đồng hồ: Đồng hồ hệ thống // Giá trị đồng hồ: Bộ định thời 1 đã dừng // Chế độ: Bình thường top=FFFFh // Đầu ra OC1A: Discon. Khởi tạo bộ định thời/bộ đếm 2 // Nguồn đồng hồ: Đồng hồ hệ thống // Giá trị đồng hồ: Bộ định thời 2 đã dừng // Chế độ: Bình thường top=FFh.
LẮP RÁP HỆ THỐNG
Khối cấp nguồn cho mạch điều khiển có sơ đồ nguyên lý như hình 3.15 và có mạch in ngay trên mạch điều khiển. Các thyristor này được nối với nguồn và mạch điều khiển, động cơ thông qua các đầu nối. Khi muốn điều khiển bằng tín hiệu điều khiển bên ngoài, bạn có thể thông qua các chân kết nối sẵn của mạch điều khiển.
Sau đó, Ngọc Hoan đã hoàn thành luận văn theo đúng kế hoạch được giao bằng chính nỗ lực của mình. Tuy nhiên do thời gian có hạn nên bên cạnh những kết quả đạt được còn nhiều hạn chế nhưng trong quá trình thực hiện đề tài đã giúp tôi tự đánh giá và hiểu rõ hơn về kiến thức chuyên môn. Đó cũng là kết quả của nhiều năm học tập dưới sự giảng dạy tận tình của các thầy cô bộ môn điện và dân dụng.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo và đặc biệt là GS.TS. tiến sĩ Thân Ngọc Hoàn đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.
