Kh

LêI Më §ÇU Trong lÞch sö m¸y ®iÖn, m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé ra ®êi muén h¬n so víi c¸c lo¹i m¸y ®iÖn kh¸c,nhng ®Õn hiÖn nay nã lµ mét lo¹i m¸y ®îc sö dông réng r·i nhÊt trong c¸c nghµnh kinh tÕ quèc d©n víi c«ng suÊt tõ vµi chôc ®Õn hµng ngh×n kil«oat: Trong c«ng nghiÖp thêng dïng m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé lµm nguån ®éng lùc cho m¸y c¸n thÐp lo¹i võa vµ nhá, ®éng lùc cho c¸c m¸y c«ng cô ë c¸c nhµ m¸y c«ng nghiÖp nhÑ .... Trong hÇm má dïng lµm m¸y têi hay qu¹t giã. Trong n«ng nghiÖp dïng lµm m¸y b¬m hay m¸y gia c«ng s¶n phÈm. Trong ®êi sèng hµng ngµy, m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé còng dÇn dÇn chiÕm mét vÞ trÝ quan träng: qu¹t giã, m¸y quay ®Üa ,®éng c¬ trong tñ l¹nh.... Bëi nã cã nh÷ng u ®iÓm næi bËt h¬n h¼n so víi m¸y ®iÖn mét chiÒu còng nh m¸y ®iÖn ®ång bé, ®ã lµ: Cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n, dÔ chÕ t¹o, lµm viÖc ch¾c ch¾n, vËn hµnh tin cËy, chi phí vËn hµnh vµ b¶o tr× söa ch÷a thÊp ,hiÖu suÊt cao,gi¸ thµnh h¹. M¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé sö dông trùc tiÕp líi ®iÖn xoay chiÒu do ®ã kh«ng cÇn ph¶i tèn thªm chi phÝ cho c¸c thiÕt bÞ biÕn ®æi. Tuy nhiªn,m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé chñ yÕu ®îc sö dông ë chÕ ®é ®éng c¬ ,vµ ®éng c¬ ®iÖn vÉn cã nh÷ng , mét trong nh÷ng nhîc ®iÓm ®ã lµ dßng khëi ®éng cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé thêng lín ( tõ 4 ®Õn 7 lÇn dßng ®Þnh møc).Dßng ®iÖn më m¸y qu¸ lín kh«ng nh÷ng lµm cho b¶n th©n m¸y bÞ nãng mµ cßn lµm cho ®iÖn ¸p líi gi¶m sót nhiÒu, nhÊt lµ ®èi víi nh÷ng líi ®iÖn c«ng suÊt nhá. Do ®ã vÊn ®Ò ®Æt ra lµ ta cÇn ph¶i gi¶m ®îc dßng ®iÖn më m¸y cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, ®Æc biÖt lµ víi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé r«to lång sãc.Bëi v× viÖc t¸c ®éng vµo ®éng c¬ r«to lång sãc khã kh¨n h¬n so víi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé roto d©y quÊn. Tuy nhiªn, hiÖn nay víi viÖc ¸p

1

dông nh÷ng øng dông cña ®iÖn tö c«ng th× c«ng viÖc ®ã ®· trë nªn dÔ dµng h¬n.

Ch¬ng I: c¸c ph¬ng ph¸p më m¸y I-më m¸y ®éng c¬ ®IÖn kh«ng ®ång bé: Khi b¾t ®Çu më m¸y th× r«to ®ang ®øng yªn, hÖ sè trît s=1 nªn trÞ sè dßng ®iÖn më m¸y tÝnh theo m¹ch ®iÖn thay thÕ b»ng: U1 k ( r + C r ') 2 + ( x + C x ') 2

I =

1

1 2

1

1 2

Tõ c«ng thøc trªn ta thÊy, dßng ®iÖn khëi ®éng cë kh«ng ®ång bé phô thuéc vµo b¶n th©n cÊu t¹o cña ®éng c¬ vµ phô thuéc nhiÒu vµo ®iÖn ¸p líi. Trªn thùc tÕ, do m¹ch tõ t¶n b·o hoµ rÊt nhanh, ®iÖn kh¸ng gi¶m xuèng nªn dßng ®iÖn më m¸y cßn lín h¬n so víi trÞ sè tÝnh theo c«ng thøc trªn.ë ®iÖn ¸p ®Þnh møc, thêng dßng më m¸y b»ng 4 ®Õn 7 lÇn dßng ®Þnh møc. §iÒu ®ã kh«ng nh÷ng lµm cho ®éng c¬ nhanh bÞ háng mµ cßn lµm cho ®iÖn ¸p líi mçi khi khëi ®éng gi¶m nhiÒu.Do ®ã nhÊt thiÕt ta ph¶i lµm gi¶m dßng ®iÖn më m¸y. II-c¸c ph¬ng ph¸p më m¸y: C¸c yªu cÇu më m¸y c¬ b¶n: - Ph¶i cã m«men më m¸y ®ñ lín ®Ó thÝch øng víi ®Æc tÝnh c¬ cña t¶i. - Dßng ®iÖn më m¸y cµng nhá cµng tèt. - Ph¬ng ph¸p më m¸y vµ thiÕt bÞ cÇn dïng ®¬n gi¶n, rÎ tiÒn, ch¾c ch¾n. - Tæn hao c«ng suÊt trong qu¸ tr×nh më m¸y cµng nhá cµng tèt. 2

1-Më m¸y trùc tiÕp ®éng c¬ ®iÖn r«to lång sãc: §©y lµ ph¬ng ph¸p ®¬n gi¶n nhÊt, ta ®ãng trùc tiÕp ®éng c¬ ®iÖn vµo líi ®iÖn.Khi ®ã ®iÖn ¸p U1 ®Æt vµo stato b»ng ®iÖn ¸p líi( nh h×nh vÏ).Do ®ã dßng ®iÖn më m¸y lín,nÕu qu¸n tÝnh cña t¶i lín, thêi gian më m¸y dµI th× sÏ lµm cã thÓ lµm cho m¸y nãng vµ ¶nh hëng ®Õn ®iÖn ¸p líi.

2- H¹ ®iÖn ¸p më m¸y: Tõ c«ng thøc cña dßng ®iÖn më m¸y ta thÊy, nÕu gi¶m ®iÖn ¸p ®Æt vµo stato khi më m¸y th× sÏ gi¶m ®îc dßng ®iÖn më m¸y.Nhng h¹ ®iÖn ¸p më m¸y th× còng sÏ lµm cho m«men khëi ®éng gi¶m xuèng:

Mk

m 1 pU 12 r2 ' = 2πf 1 [(r1 +C1 r2 ' ) 2 +( x 1 +C1 x ' 2 ) 2 ]

Do ®ã ta chØ dïng ph¬ng ph¸p nµy cho nh÷ng thiÕt bÞ më m¸y cì nhá. 2-1-C¸c ph¬ng ph¸p : -Nèi ®iÖn kh¸ng trùc tiÕp vµo m¹ch ®iÖn stato: khi më m¸y trong m¹ch ®iÖn stato ®Æt nèi tiÕp mét ®iÖn kh¸ng, sau khi më m¸y xong th× ®iÖn kh¸ng nµy bÞ nèi ng¾n m¹ch. -Dïng biÕn ¸p tù ngÉu: ta sö dông mét m¸y biÕn ¸p tù ngÉu, bªn cao ¸p nèi víi líi ®iÖn , bªn h¹ ¸p nèi víi ®éng c¬ ®iÖn.Sau khi më m¸y xong th× biÕn ¸p tù ngÉu ®îc lo¹i ra khái m¹ch.

3

-Më m¸y b»ng ph¬ng ph¸p ®æi nèi Y- : ph¬ng ph¸p nµy thÝch øng víi nh÷ng m¸y khi lµm viÖc b×nh thêng th× ®Êu tam gi¸c, khi më m¸y ta ®æi thµnh sao. -§ïng bé ®iÒu ¸p xoay chiÕu 3 pha s¬ ®å gåm 6 tyristor ®Êu song song ngîc . Ph©n tÝch u nhîc ®iÓm cña tõng ph¬ng ph¸p më m¸y + C¶ 3 ph¬ng ph¸p trªn ®Òu cã t¸c dông h¹ dßng më m¸y nhng trong qu¸ tr×nh hoat ®éng cña ®éng c¬ khi dßng t¨ng ®ét ngét v× mét lý do naß ®ã th× 3 ph¬ng ph¸p trªn kh«ng ®¸p øng ®¬c (kh«ng h¹n chÕ ®¬c dßng ®ã ) v× vËy ta dïng bé ®iÒu ¸p xoay chiÒu 3 pha. u ®iÓm cña bé ®iÒu ¸p xoay chiÒu 3 pha khi ®iÒu chØnh gãc α thÝch hîp cña c¸c xung ®iÒu khiÓn ®Æt vµo c¸c thyristor lµ cã thÓ h¹ ®îc ®iÖn ¸p ®Æt vµo stato vµ do ®ã cã thÓ h¹n chÕ ®îc dßng qua ®éng c¬.Vµ vÉn cßn tham gia vµo m¹ch trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña ®éng c¬. Tuy nhiªn nhîc ®iÓm cña ph¬ng ph¸p nµy lµ dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ®Òu kh«ng sin. Nhng do thêi gian më m¸y rÊt nhá (tõ 1÷3 gi©y) nªn ta vÉn cã thÓ sö dông ®îc. V× vËy ta quyÕt ®Þnh chän ph¬ng ¸n dïng bé ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha ®Ó lµm bé khëi ®éng cho ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha r«to lång sãc.

2-2-Ph¬ng ph¸p dïng bé ®iÒu ¸p xoay chiÒu 3 pha: Ta sö dông 6 thyristor ®Êu song song ngîc theo s¬ ®å nh h×nh vÏ.Khi ta cÊp ®iÖn ¸p xoay chiÒu vµo ba ®Çu A,B,C ,do cßn phô thuéc vµo gãc më van cña c¸c thyristor nªn ta sÏ cã ba d¹ng ®iÖn ¸p ®Æt vµo ®éng c¬ øng víi ba vïng cña gãc më van  .C¸c ®iÖn ¸p nµy ®Òu nhá h¬n so víi ®iÖn ¸p vµo.

4

1-2-1-Ph©n tÝch ho¹t ®éng cña bé ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha: -V× ®éng c¬ kh«ng ®ång bé cã thÓ coi nh lµ mét phô t¶i gåm cã ®iÖn trë vµ cuén c¶m nèi tiÕp nhau, trong ®ã: +§iÖn trë roto biÕn thiªn theo tèc ®é quay. +§iÖn c¶m phô thuéc vµo vÞ trÝ t¬ng ®èi gi÷a d©y quÊn roto vµ stato. +Gãc pha gi÷a dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p còng biÕn thiªn theo tèc ®é quay = (s). -Do tÝnh chÊt tù nhiªn cña m¹ch ®iÖn cã ®iÖn c¶m, nªn nÕu trong kho¶ng < mµ ®Æt xung ®iÒu khiÓn vµo c¸c van b¸n dÉn th× c¸c van nµy chØ dÉn dßng ë thêi ®iÓm = trë ®i. Do ®ã ®iÖn ¸p ®éng c¬ kh«ng phô thuéc vµo gãc më .NÕu nh vËy th× ta kh«ng ®iÒu chØnh ®îc ®iÖn ¸p, v× vËy ta chØ ®Æt xung ®IÒu khiÓn víi gãc më > . 5

-Khi > th× tuú thuéc vµo gi¸ trÞ tøc thêi cña c¸c ®iÖn ¸p d©y mµ cã lóc cã ba van ë ba pha kh¸c nhau dÉn dßng, hay hai van ë hai pha kh¸c nhau dÉn dßng: + NÕu cã ba van ë ba pha kh¸c nhau dÉn dßng:

Khi ®ã dßng ®iÖn t¶i:

i=

U dm sin(θ + ϕ) 3Z

Udm: biªn ®é ®iÖn ¸p d©y : gãc lÖch pha gi÷a ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ë giai ®o¹n ®ang xÐt. +NÕu chØ cã hai pha cã van dÉn:

6

Khi ®ã ta cã dßng ®iÖn t¶i:

i=

U dm sin(θ + ϕ) 2Z

Tuú thuéc vµo gãc ®iÒu khiÓn mµ c¸c giai ®o¹n cã ba van dÉn hoÆc hai van dÉn còng thay ®æi theo. *Kho¶ng dÉn cña van øng víi α = 0 ÷ 60 o : Trong ph¹m vi nµy sÏ cã c¸c giai ®o¹n ba van vµ hai van dÉn xen kÏ nhau nh ®å thÞ díi ®©y :

7

8

*Kho¶ng van dÉn øng víi α = 60 ÷ 90 o : Trong ph¹m vi nµy lu«n chØ cã c¸c giai ®o¹n hai van dÉn. Ta cã ®å thÞ ®iÖn ¸p ra ë díi :

Ch¬ng 2.

M¹ch lùc

1.TÝnh to¸n chän van

9

Dùa trªn ®å thÞ d¹ng ®iÖn ¸p ra cña bé ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha,ta cã thÓ tÝnh to¸n ®îc dßng qua van max,®iÖn ¸p ngîc qua van max lµ bao nhiªu. Ta tÝnh to¸n chän van theo c¸c th«ng sè sau: +TÝnh ®îc Ungmax qua van +TÝnh ®îc Itb qua van Tõ ®ã chän ®iÒu kiÖn lµm m¸t thÝch hîp cho van Ungmax = 2 Ud= 6 Up Víi diÖn ¸p d©y :Ud=380V Ungmax= 2 Ud= 2 380=537.4(V) Dßng ®iÖn trung b×nh lín nhÊt qua van: Do dßng qua van lµ kh«ng sin nªn ta ph¶i ph©n tÝch chuçi Fourier sau ®ã lÊy thµnh phÇn bËc nhÊt,do ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha r«tor lång sãc cã thÓ coi lµ t¶i c¶m vµ trë ®Êu theo h×nh sao nªn ta ph¶i cã ®îc Ud,Id,gãc lÖch pha ϕ gi÷a dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p: Ta cã th«ng sã cña ®éng c¬ nh sau :Pdc=200KW U=380V/50Hz cos ϕ =0.83 n=1450v/phót HiÖu suÊt

η =0.85

NhËn xÐt : khi gãc ®iÒu khiÓn α = 0 ®iÖn ¸p ra t¶i lµ h×nh sin vµ nh vËy, dßng trung b×nh qua van lóc nµy lµ lín nhÊt. Tõ ®©y ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc gi¸ trÞ dßng ®iÖn trung b×nh qua van.

10

I tb max =

1 π+ θ ∫ I max sin θdθ 2π θ 1

1

Tõ cos ϕ =0.83 ta cã dßng ®iÖn chËm pha so víi ®iÖn ¸p mét gãc θ1 =340.

 I tb max = I =

1 I max [− cos(π + θ1 ) − ( − cos θ1 )] 2π P1

3U dm cos ϕ

=

Imax=I 2 =430,7.

P2 200 = =430.7A η 3U dm cos ϕ 0,85 3.0,38.0,83 2 =609.1A

1  I tb max = .609,1 .0,83 =161 (A) π Khi chän van ta ph¶i chó ý ®Õn ®iÒu kiÖn lµm m¸t cho van v× khi ho¹t ®éng, van to¶ nhiÖt rÊt lín nªn ®iÒu kiÖn lµm m¸t cho van sÏ ¶nh hëng ®Õn hiÖu qu¶ còng nh tuæi thä cña van. NÕu van ho¹t ®éng trong ®iÒu kiÖn ®îc lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ nhê c¸nh t¶n nhiÖt th× van cã thÓ lµm viÖc tèt víi 25% dßng ®Þnh møc. NÕu van lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn lµm m¸t b»ng qu¹t giã cìng bøc th× van cã thÓ chÞu ®îc ®Õn 30 ÷ 60% dßng ®Þnh møc. NÕu lµm m¸t b»ng níc th× van cã thÓ chÞu ®îc ®Õn 80% dßng ®Þnh møc. Th«ng thêng trong c«ng nghiÖp th× van ph¶i ®îc lµm m¸t tåi nhÊt lµ b»ng kh«ng khÝ cã qu¹t giã cìng bøc. Trong nhiÖm vô thiÕt kÕ lµ ®iÖn nµy th× dßng qua van kh«ng qu¸ lín nªn ta cã thÓ chän chÕ ®é lµm m¸t cho van b»ng kh«ng khÝ cã qu¹t giã cìng bøc. Ta chän c¸c ®iÒu kiÖn thÝch hîp ®Ó van cã thÓ chÞu dßng tíi 40% dßng ®Þnh møc cña van. Khi ®ã:

11

I tb maxthuc=

I tb max 161 = 40% 40% = 405.5 ( A )

§Ó chän gi¸ trÞ cña ®iÖn ¸p ngîc lín nhÊt trªn van, ta sÏ chän thªm hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p k u = 1,6 ÷ 2 ta chän : k u = 1,6

U ng = k u . U ng max = 1,6 . 537=

860 (V)

Tõ c¸c gi¸ trÞ cña I tb vµ U ng , tra trong sæ tay ta chän ®îc van C501 do h·ng G.E cña Mü chÕ t¹o víi c¸c th«ng sè sau : U ng = 700 ÷ 1700 ( V ) I tb =550( A ) di = 1000 dt max

II - TÝnh to¸n b¶o vÖ van b¸n dÉn Trong qu¸ tr×nh van ho¹t ®éng th× van ph¶i ®îc lµm m¸t ®Ó van kh«ng bÞ ph¸ háng vÒ nhiÖt v× vËy ta ®· tÝnh to¸n chÕ ®é lµm m¸t cô thÓ cho van råi. Tuy nhiªn, van còng cã thÓ bÞ háng khi van ph¶i chÞu tèc ®é t¨ng dßng, t¨ng ¸p qu¸ lín.Nhng v× dßng chØ t¨ng khi qua thyistor trong thêi gian rÊt ng¾n 1 ÷ 3s nªn van cã thÓ chÞu ®îc. §Ó tr¸nh hiÖn tîng qu¸ ¸p trªn van dÉn ®Õn háng van ta ph¶i cã nh÷ng 12

biÖn ph¸p thÝch hîp ®Ó b¶o vÖ van. BiÖn ph¸p b¶p vÖ van thêng dïng nhÊt lµ m¾c m¹ch R, C song song van ®Ó b¶o vÖ qu¸ ¸p vµ m¾c nèi tiÕp cuén kh¸ng ®Ó h¹n chÕ tèc ®é t¨ng dßng. Do ®éng c¬ kh«ng ®ång bé cã thÓ coi lµ t¶i trë c¶m nªn h¹n chÕ tèc ®é t¨ng dßng. Cuén d©y ®îc dïng lµ mét cuén kh¸ng b·o hoµ cã ®Æc tÝnh lµ: khi dßng qua cuén kh¸ng æn ®Þnh th× ®iÖn c¶m cña cuén kh¸ng hÇu nh b»ng kh«ng vµ lóc nµy cuén d©y dÉn ®iÖn nh mét d©y dÉn b×nh thêng. Ta cã m¹ch nh h×nh vÏ:

§Ó tÝnh to¸n gi¸ trÞ cña cuén kh¸ng ta xÐt qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong m¹ch: U f = i.R + L.

di dt

Ta thÊy r»ng tèc ®é t¨ng dßng lín nhÊt lµ: di U max = f dt L §Ó ®¶m b¶o an toµn cho van ta ph¶i chän L sao cho di/dt max ph¶i nhá h¬n tèc ®é t¨ng dßng chÞu ®îc cña van, hay lµ: di max < 1000 A/µs dt

13



Uf < 1000A/µs L

L >

Uf 220. 2 = 0.31 µH −6 = 200.10 1000.10 6

Ta chän cuén kh¸ng b·o hoµ cã gi¸ trÞ ®Ó tæng cña ®iÖn c¶m cña ®éng c¬ vµ cuén kh¸ng m¾c nèi tiÕp ph¶i cã gi¸ trÞ >0.31 µH.Sau khi tÝnh to¸n b¶o vÖ chèng tèc ®é t¨ng dßng ta tÝnh to¸n b¶o vÖ qu¸ ¸p cho van. Ngêi ta chia ra hai lo¹i nguyªn nh©n g©y nªn qu¸ ¸p: 1 - Nguyªn nh©n néi t¹i: lµ do sù tÝch tô ®iÖn tÝch trong c¸c líp b¸n dÉn. Khi kho¸ van thyristor b»ng ®iÖn ¸p ngîc, c¸c ®iÖn tÝch nãi trªn ®æi ngîc l¹i hµnh tr×nh, t¹o ra dßng ®iÖn ngîc trong thêi gian rÊt ng¾n. Sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ngîc g©y nªn søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m, vèn lu«n lu«n cã cña ®êng d©y nguån dÉn ®Õn c¸c thyristor. V× vËy, gi÷a anèt vµ catèt cña thyristor xuÊt hiÖn qu¸ ®iÖn ¸p. Ta cã ®å thÞ thÓ hiÖn qu¸ tr×nh biÕn thiªn cña ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn trªn van:

2 - Nguyªn nh©n bªn ngoµi: nh÷ng nguyªn nh©n nµy thêng xÈy ra ngÉu nhiªn nh khi ®ãng c¾t kh«ng t¶i mét m¸y biÕn ¸p trªn ®êng d©y, khi mét cÇu ch× b¶o vÖ nhÈy, khi cã sÊm sÐt ...

14

§Ó b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do tÝch tô ®iÖn tÝch khi chuyÓn m¹ch g©y nªn ngêi ta dïng m¹ch RC ®Êu song song

víi thyristor nh h×nh díi: Th«ng sè cña R, C phô thuéc vµo møc ®é qu¸ ®iÖn ¸p cã thÓ x¶y ra, tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn chuyÓn m¹ch, ®iÖn c¶m trªn ®êng d©y, dßng ®iÖn tõ ho¸ m¸y biÕn ¸p ...ViÖc tÝnh to¸n th«ng sè cña m¹ch R, C rÊt phøc t¹p, ®ßi hái nhiÒu thêi gian nªn ta sÏ sö dông ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh th«ng sè R, C b»ng ®å thÞ gi¶i tÝch, sö dông nh÷ng ®êng cong ®· cã s½n. C¸c bíc tÝnh to¸n nh sau: - X¸c ®Þnh hÖ sè qu¸ ¸p theo c«ng thøc: k= víi

U imp b.U im

U imp lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp cña ®iÖn ¸p ngîc

®Æt trªn diot hoÆc thyristor mét c¸ch kh«ng chu kú, tra trong sæ tay tra cøu. U im lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cña ®iÖn ¸p ngîc thùc tÕ ®Æt trªn diot hoÆc thyristor. b lµ hÖ sè dù tr÷ an toµn vÒ ®iÖn ¸p, b = 1 ÷2 15

- X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè trung gian: C*min (k ) , R *max (k ) , R *min (k ) b»ng c¸ch tra trong ®å thÞ trong sæ tay tra cøu di max khi chuyÓn m¹ch nh ë phÇn tÝnh to¸n dt cuén kh¸ng b·o hoµ.

-

tÝnh

-

X¸c ®Þnh ®iÖn lîng tÝch tô Q = f(

di ), sö dông c¸c ®dt

êng cong cho trong sæ tay tra cøu ®Ó x¸c ®Þnh. - TÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ cña R, C theo c«ng thøc: * C = C min .

R *min

2.Q U im LU im LU im ≤ R ≤ R *max 2Q 2Q

trong ®ã L lµ ®iÖn c¶m cña m¹ch RLC Tuy nhiªn, trong thùc tÕ, khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ b¶o vÖ van th× rÊt khã cã thÓ cã ®Çy ®ñ tÊt c¶ c¸c ®êng cong ®Æc tÝnh cÇn thiÕt nªn ngêi ta thêng chän gi¸ trÞ cña R, C theo kinh nghiÖm: R = 20 ÷ 100 ( Ω ) ; C = 0,4 ÷ 1 ( µF ) Víi dßng qua van nhá, ta chän gi¸ trÞ R lín, C nhá.Víi dßng qua van lín, ta chän gi¸ trÞ R nhá, C lín. Theo tÝnh to¸n, dßng qua van b»ng 161 A lµ lín nªn ta chän gi¸ trÞ cña R, C nh sau: R = 20 Ω C = 0,8 µF ( c¸c gi¸ trÞ chuÈn)

16

Ngoµi ra, trong m¹ch lùc còng cÇn cã thªm c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ ng¾n m¹ch, qu¸ t¶i ... nh ¸pt«m¸t, cÇu ch× ...ë mçi pha vµ cÇu ch× ë tríc mçi van ®Ó t¨ng cao tÝnh an toµn cho m¹ch. Ta cã m¹ch hoµn chØnh nh ë díi :

17

Ch¬ng 3.

ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn toµn hÖthèng

I.Giíi thiÖu chung vÒ m¹ch ®iÒu khiÓn toµn hÖ thèng 1.C¸c yªu cÇu chung ®èi víi hÖ thèng ®iÒu khiÓn a)§¶m b¶o ph¸t xung víi ®ñ c¸c yªu cÇu ®Ó më van: -§ñ biªn ®é ,Ux -§ñ ®é réng,tx -Sên xung ng¾n (ts=0.5 ÷ 1µs) (xung ®iÒu khiÓn thêng cã biªn ®é tõ 2V dÕn 10V ,®é réng xung thêng tõ 20µs ®Õn 100µs) C¸c th«ng sè liªn quan ®Õn h×nh d¹ng mét xung ®iÒu khiÓn ®îc minh ho¹ trªn h×nh vÏ: b)§¶m b¶o tÝnh ®èi xøng ®èi víi c¸c kªnh ®iÒu khiÓn Trong s¬ ®å ®iÒu khiÓn c¸c thyristor ë ®©y th× ®é lÖch cho phÐp cña c¸c xung ë c¸c kªnh kh¸c nhau ph¶i ë trong mét ph¹m vi cho phÐp víi cïng mét gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. c)§¶m b¶o c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc ®èi víi kh©u biÕn ¸p xung,thêng ®îc sö dông nh mét kh©u truyÒn xung cuèi cïng ë tÇng khuÕch ®¹i xung,®iÖn ¸p chÞu ®ùng gi÷a s¬ cÊp vµ thø cÊp ph¶i ®¹t 1500V÷ 2000V khi s¬ ®å lµm viÖc víi ®iÖn ¸p líi 3×380VA. d)§¶m b¶o ®óng quy luËt thay ®æi vÒ pha cña c¸c xung ®iÒu khiÓn §©y lµ yªu cÇu ®Ó ®¶m b¶o ph¹m vi ®iÒu chØnh cña gãc ®iÒu khiÓn α Th«ng thêng ®èi víi s¬ ®å biÕn ®æi xung ¸p xoay chiÒu gãc α ph¶i thay ®æi trong ph¹m vi 00÷2100. e)Cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc gãc ®iÒu chØnh α ,kh«ng phô thuéc sù thay ®æi ®iÖn ¸p líi. f)Kh«ng g©y nhiÔu ®èi víi c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®iÖn tö kh¸c ë xung quanh.

18

g)Cã kh¶ n¨ng b¶o vÖ qu¸ ¸p,qu¸ dßng mÊt pha… vµ b¸o hiÖu khi cã sù cè. §èi víi yªu cÇu cô thÓ cña s¬ ®å bé biÕn ®æi xung ¸p xoay chiÒu ba pha cho m¹ch ®iÒu khiÓn më m¸y ®éng c¬ kh«ng ®ång bé r«to lång sãc th× cã hai yªu cÇu chÝnh mµ m¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i thùc hiÖn ®îc lµ:

I.Khi më m¸y th× dßng më m¸y qua ®éng c¬ ph¶i ®îc h¹n chÕ v× lóc nµy dßng më m¸y t¨ng lªn ®ét ngét víi gÝa trÞ lín lµm h¹i ®éng c¬. II.§Ó h¹n chÕ dßng më m¸y th× ta dïng bé biÕn ®æi xung ¸p xoay chiÒu ba pha ®Ó h¹ ®iÖn ¸p ®Æt vµo stato ®éng c¬ vµ do ®ã dßng lóc më m¸y sÏ ®îc h¹n chÕ.VËy t¹i lóc më m¸y ta thêng ®iÒu chØnh Udk ®Ó cho ®iÖn ¸p stato b»ng kho¶ng 60%Udm nªn sau khi khëi ®éng th× ta ph¶i cho ®iÖn ¸p stato ph¶i t¨ng trë l¹i. Sau khi khëi ®éng th× Udc ph¶i t¨ng trë l¹i theo nh ®å thÞ díi ®©y vµ nhê ®iÒu chØnh Udc th× ta sÏ ®iÒu chØnh ®îc thêi gian khëi ®éng tkd =1s÷3s.

§Ó thùc hiÖn ®iÒu nµy ta ph¶i dïng mét kh©u sau :

19

Môc ®Ých: Khi khëi ®éng th× sÏ cã mét gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh vµ ta ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn nµy ®Ó lóc khëi ®éng sÏ cã : Udc =60%Udm ®Ó dßng qua ®éng c¬ ®îc h¹n chÕ. Sau ®ã c«ng t¾c start ®ãng vµ m¹ch tÝch ph©n ho¹t ®éng Udk sÏ lµ mét hµm tuyÕn tÝnh cña Ud cã d¹ng nh sau:

20

chÝnh nhê Udk t¨ng th× gãc α sÏ gi¶m dÇn vµ Udc sÏ t¨ng dÇn ®¹t theo ®óng yªu cÇu. Ph©n tÝch ho¹t ®éng: Khi cha ®ãng c«ng t¾c.Udk=Udk0,trong ®ã Udk0lµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn øng víi Udc=60%Udm. Khi ®ãng c«ng t¾c th× Ud=-E : Ud Ud 1 1 t= Ta cã: -Udk= ∫ I C dt= ∫ dt= C( R 2 + R x ) C C R2 + Rx −E t +C C( R 2 + R x ) Tõ ®ã: Udk=

E t +Udk0. C( R 2 + R x )

VËy sau ®ã Udk sÏ t¨ng dÇn vµ α gi¶m dÇn th× Udc sÏ t¨ng dÇn. VËy nhê kh©u trªn ta ®· thùc hiÖn ®îc yªu cÇu ®Ò ra cho viÖc khëi ®éng. * CÊu tróc cña mét m¹ch ®iÒu khiÓn nh sau :

1

Uc

X

§F

2

3

4

SS

Urc

Trong ®ã : - §F : kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®ång fa - Urc : ®iÖn ¸p r¨ng ca 21

- Uc : lµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn - kh©u 1 : kh©u so s¸nh ®iÖn ¸p gi÷a Uc vµ Urc , khi Uc – Urc = 0 th× trig¬ lËt tr¹ng th¸i . - kh©u 2 : kh©u t¹o xung chïm - kh©u 3 : lµ kh©u khuyÕch ®¹i xung - kh©u 4 : kh©u biÕn ¸p xung . B»ng c¸ch ®iÒu chØnh Uc ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn tøc lµ ®iÒu chØnh ®îc gãc α.

1.Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®ång bé. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®ång bé cho bé ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha ®Ó ®iÒu chØnh s¸u thyristor thêng cÇn mét hÖ ®iÖn ¸p s¸u pha lµm ®iÖn ¸p ®ång bé. Gãc α ®îc tÝnh tõ gèc O. HÖ ®iÖn ¸p pha nµy bao gåm s¸u ®iÖn ¸p ®ång bé h×nh sin lÖch nhau mét gãc

π .Yªu cÇu nµy sÏ ®îc tho¶ m·n dÔ 3

dµng nÕu dïng mét m¸y biÕn ¸p ba pha s¬ cÊp cã ba cuén d©y ®Êu sao lÊy ®iÖn ¸p tõ líi. M¸y biÕn ¸p nµy cã thÓ ®îc bè trÝ b»ng

c¸ch sau:

22

§iÓm trung tÝnh kÝ hiÖu lµ O nèi víi ®iÓm O cña m¹ch ®IÒu khiÓn us1,us3,us5 dïng lµm ®iÖn ¸p ®ång bé cña pha a,b,c t¬ng øng: π π us1=Usm.sin( θ + );us3= Usm.sin( θ - ); us5=Usm.sin( θ - π ); 3 3 2π 4π us2= Usm.sin θ ; us4=Usm.sin( θ - );Usm.sin( θ - ); 3 3

2. Kh©u biÕn ¸p xung vµ khuyÕch ®¹i xung: a) T¸c dông Kh©u khuÕch ®¹i xung lµ kh©u cuèi cïng quan träng tron hÖ thèng ®iÒu khiÓn .Kh©u K§X cã nhiÖm vô lµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®a ®Õn ®Ó ®iÒu khiÓn van b¸n dÉn c«ng suÊt ®Ó ®¶m b¶o c¸c tham sè c¬ b¶n nh biªn ®é,®é réng vµ c«ng suÊt.Mét trong nh÷ng nhiÖm vô c¬ b¶n cña K§X lµ c¸ch ly gi÷a m¹ch ®éng lùc vµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn. Khèi K§Xcã t¸c dông t¨ng dßng tõ cæng AND ®i ra (dßng tõ cæng AND ®i ra thêng nhá) sau ®ã ®i qua BAX ®Ó t¹o ®îc dßng ®iÒu khiÓn Ig ,¸p ®iÒu khiÓn Ug cã biªn ®é thÝch hîp ®Ó më Tiristor. Kh©u biÕn ¸p xung bao gåm khèi khuyÕch ®¹i T1 vµ m¸y biÕn ¸p xung t¹o ra c¸c xung ®iÒu khiÓn cã c«ng suÊt theo yªu cÇu cña van . M¸y biÕn ¸p xung lµ lo¹i biÕn ¸p ®Æc biÖt trong ®ã ®iÖn ¸p ®Æt lªn phÝa s¬ cÊp cã d¹ng cung ch÷ nhËt mµ kh«ng ph¶i lµ mét ®iÖn ¸p h×nh sin.§iÒu nµy dÉn ®Õn chÕ ®é lµm 23

viÖc vµ tÝnh to¸n BAX rÊt kh¸c so víi c¸c biÕn ¸p th«ng thêng.

b)Ho¹t ®éng: S¬ ®å gåm mét kho¸ Transistor T1 ®îc ®iÒu khiÓn bëi mét xung cã ®é réng tx .Khi T1 më b·o hoµ gÇn nh toµn bé ®iÖn ¸p nguån Un ®îc ®Æt lªn cuén s¬ cÊp cña m¸y biÕn ¸p xung.§iÖn ¸p c¶m øng bªn phÝa thø cÊp cã cùc tÝnh d¬ng më ®i«t D2 ®a dßng ®iÒu khiÓn vµo gi÷a cùc ®iÒu khiÓn vµ cat«t cña thyristor T . §i«t D4 cã t¸c dông lµm gi¶m ®iÖn ¸p ngîc ®Æt lªn gi÷a cat«t vµ cùc ®iÒu khiÓn cña thyistor T khi ®iÖn ¸p d¬ng h¬n h¬n ®iÖn ¸p an«t.§iÒu nµy ®¶m b¶o an toµn cho tiÕp gi¸p G-K cña thyistor khi T ë chÕ ®é kho¸. Khi transistor T1 kho¸ l¹i dßmg collector-emitter cña nã sÏ vÒ b»ng 0.Tuy nhiªn dßng qua cuén d©y s¬ cÊp BAX kh«ng thÓ bÞ dËp t¾t ®ét ngét ®îc.Søc ®iÖn ®éng tù c¶m trªn cuén d©y khi ®ã sÏ ®¶o chiÒu theo híng muèn duy tr× dßng nµy,nghÜa lµ cùc tÝnh søc ®iÖn ®äng cã dÊu (-) ë phÝa trªn vµ (+) ë phÝa díi.Søc ®iÖn ®éng nµy cã thÓ rÊt lín di v× nã tû lÖ víi tèc ®é gi¶m cña dßng ®iÖn s¬ cÊp i1: 1 .Tuy dt nhiªn khi ®ã ®i«t D1 vµ ®i«t æn ¸p DZ sÏ më t¹o ra ®êng khÐp kÝn cho dßng ®iÖn i1.Dßng ®iÖn i1 sÏ suy gi¶m dÇn 24

vÒ kh«ng do tæn hao c«ng suÊt trªn ®iÖn trë thuÇn cña cuén d©y vµ chñ yÕu do tiªu t¸n sôt ¸p trªn ®i«t D1 vµ ®i«t DZ.Nhê ®ã ®iÖn ¸p trªn collector cña transistor T1 ®îc gi÷ ë møc Un+(UD1+UDZ). §iÖn trë R m¾c nèi tiÕp gi÷a nguån vµ biÕn ¸p xung cã t¸c dông h¹n chÕ dßng tõ ho¸ BAX.§iÖn trë R ®îc tÝnh ®Ó ®¶m b¶o dßng qua transistor T1 kh«ng bao giê vît qóa dßng collector lín nhÊt cho phÐp. c.TÝnh to¸n cô thÓ cho s¬ ®å:

Víi th«ng sè: IG=0.2A; UGK=5V; tx=100 µ s; Ta cã: DiÖn tÝch xung ®iÒu khiÓn U.tx=5.100=500(V. µ s).Víi dßng ®iÒu khiÓn yªu cÊu IG=0.2 A theo b¶ng tra ta cã thÓ chän BAX lo¹i IT235 víi 2 cuén d©y cã tØ sè m¸y biÕn ¸p 1:1,§iÖn c¶m Lp=3mH. Dßng s¬ cÊp BAX:I1=IG+I µ .Trong ®ã I µ lµ dßng ®iÖn tõ ho¸ cña BAX. V× ®iÖn ¸p ®Æt lªn cuén d©y BAX kh«ng ®æi nªn dßng tõ ho¸ thay ®æi tû lÖ bËc nhÊt víi thêi gian. I µ =(U1.t)/Lp Nh vËy:I µ max =(U1.tx)/Lp Ta ph¶i cã U1=UGK+ ∆ UD=5+1=6V VËy: I µ max =(6.100.10 −6 )/(3.10 −3 )=200.10 −3 =0.2A ILmax=(30-6)/0.4=60 Ω . Theo s¬ ®å thf transistor ph¶i chän lo¹i cã dßng ICmax>0.4A vµ hÖ sè khuyÕch ®¹i dßng β =100.Khi ®ã dßng ®iÒu khiÓn baz¬ sÏ lµ 4mA lµ phï hîp. Chän ®i«t æn ¸p DZ víi Uon=12V khi ®ã UCemax=30+12+1=43V Chän tranzito T lo¹i ST603 cã c¸c th«ng sè c¬ b¶n : Uce =30V ; Ice =800mV β = 30÷100

25

3. Khèi t¹o nguån mét chiÒu : Khèi t¹o nguån mét chiÒu cung cÊp ®iÖn ¸p mét chiÒu cho c¸c khuyÕch ®¹i thuËt to¸n ho¹t ®éng vµ cho c¸c ®iÖn ¸p ®Æt ®Æt ë ®Çu vµo c¸c IC thùc E 7815 hiÖn nhiÖm vô so s¸nh ®iÖn ¸p . D21 Chän IC æn ¸p lo¹i : C5 D22 C1 C3 . UA7815 cã ®iÖn ¸p ngìng = 35V Dßng ®iÖn ra Io = 1,5A ®iÖn ¸p ra : E = 15V C2 C4 . UA7915 cã ®iÖn ¸p ngìng = C6 D23 -40V D24 dßng ®iÖn ra Io = 1,5A 7915 -E §iÖn ¸p ra : - E = -15V  Chän tô läc f¼ng C1 = 1000µF ; C2 = 500µF ; C 3 = C4 = 100µF chän 2 tô läc nhiÔu C5 = C6 = 0,1µF  Chän c¸c diode lo¹i D-1001 cã c¸c th«ng sè : Itb = 800mA ; Ung = 100

4.Kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng ca Do yªu cÇu cña bé ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha trong m¹ch ®Ó khëi ®éng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha th× m¹ch ph¶i cã chÊt lîng cµng cao cµng tèt,v× tÝnh ®ång bé cña c¸c ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn rÊt cao. M¹ch t¹o tÝn hÖu r¨ng ca dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n sÏ cho ®é tuyÕn tÝnh cña sên r¨ng ca tèt h¬n.§é æn ®Þnh cña s¬ ®å nµy rÊt cao tèt nhÊt so víi c¸c s¬ ®å kh¸c dïng transistor. Cho nªn ta ph¶i sö dông m¹ch t¹o C1 xung nh díi ®©y: R4 +E

RX2 DZ

R5

( II )

-E D3 ( III )

OP2

+E R6

26

a/ Nguyªn lý ho¹t ®éng §iÖn ¸p cña bé ph¸t xung chñ ®¹o ®îc ®a vµo cöa ®¶o cña kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng ca. Khi UII<0 th× ®i«t D th«ng th× C1 ®îc n¹p th«ng qua R5 vµ D3 vÒ II víi dßng n¹p: IR2=

U II R5

Chän UDZ=6V,ta chän ®iÖn trë R2 sao cho dßng qua tô C trong kho¶ng 1ms ®¹t ®Õn gi¸ trÞ UDZ cña ®i«t æn ¸p. NÕu dßng qua tô cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi ®iÖn ¸p trªn tô thay ®æi theo quy lu¹t tuyÕn tÝnh UC=

IC I U 6 t,do ®ã C = C = C C t 10 −3

=6.10 3 . Tõ ®ã dßng qua tô cã gi¸ trÞ : IC=6.10 3 .C Chän tô:

C=0.22µF IC=0,22.10 −6 .6.10 3 =1.32mA R5=

U II 12 = =9.05.10 3 Ω I C 1,32.10 −3

Chän R5=8.2k Ω

27

Khi UII >0 → D3 kho¸ → Ura = 0 → tô C sÏ phãng ®iÖn vÒ ©m nguån cña OP2.Dßng qua tô b»ng dßng qua ®iÖn trë Rx2 vµ R4,thêi gian phãng cßn l¹i sÏ lµ 9ms nªn ta ph¶i chän gi¸ trÞ dßng ®iÖn sao cho tô C phãng ®iÖn vÒ ®Õn 0V sau ®óng 10.67ms. Trong kho¶ng thêi gian nµy ®iÖn ¸p trªn tô C thay ®æi theo quy luËt: UC=UCo-

IC .t,víi UCo=UDZ=6V. C

6.C 0.22.10 −6.6 IC −3 0=6- .10,67.10 ⇒ IC= = 10,67.10 −3 10,67.10 −3 C

VËy :

=0,124.10 −3 (A). V× :

IC=

U II U II 12 ⇒ Rx2+R4= = =96.77k R x2 + R 4 R x 2 + R 4 0,124.10 −3

Ω §Ó hiÖu chØnh ®îc ®iÖn ¸p trªn tô C ®óng b»ng 0V sau 10.67ms vµ cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p r¾ng ca ë nhiÒu kªnh kh¸c nhau ta chän : R4=60kΩ lµ ®iÖn trë cè ®Þnh, Rx2=60kΩ lµ biÕn trë ®iÒu chØnh. Chän linh kiÖn : OP2 : µA741 cã c¸c th«ng sè: Ung= ±3÷22V; UnF= ±15 V; UdF= ±30 V; Ko=5.106; P1=100 mW; [t]=55÷1250C;

Ira=±25 mA;

En=±15 V;

Zra=60 Ω;

Zvµo=300 KΩ; 28

du = 0,5 . dt D3 : D-1001 cã c¸c th«ng sè : I = 1A ; Ung = 200V ; ∆U = 0,5V 5.Kh©u so s¸nh:

§iÖn ¸p vµo: Uvµo ®îc ®a vµo cæng ©m khèi A4 . Khi | Uvµo – Up | = 0 th× trig¬ lËt tr¹ng th¸i vµ cã ®Çu ra Ura lµ chuçi xung ch÷ nhËt. +NÕu (Uvµo – Up ) >0 th× Ura = -0,8 Uvµo +NÕu (Uvµo – Up ) <0 th× Ura = 0,8 Uvµo 6.Kh©u t¹o ®IÖn ¸p chuÈn:

29

Kh©u nµy víi ®Çu vµo lµ ®iÖn ¸p ®ång bé sÏ cho ë ®Çu ra lµ xung ®iÖn ¸p chuÈn ( cã d¹ng nh h×nh vÏ) ®Ó ®a vµo ®Çu cña m¹ch t¹o xung r¨ng ca.Bëi v×, ®Ó t¹o ra ®îc xung r¨ng ca cã d¹ng sau ,ta cÇn ph¶i cã thêi gian n¹p cña tô ph¶i thËt ng¾n vµ thêi gian phãng cña tô dµi. Ho¹t ®éng: Kh©u nµy gåm cã hai khèi so s¸nh kÕt hîp víi mét khèi vi ph©n nh h×nh vÏ:

§iÖn ¸p ®ång bé ®îc so s¸nh víi 0(V) sÏ t¹o thµnh xung vu«ng . Sau ®ã qua m¹ch vi ph©n ¸p ra cã d¹ng nh trªn ®å thÞ sau ®ã sÏ qua bé bé so s¸nh víi Uref ®Ó t¹o ®îc xung ¸p mong muèn ®a vµo bé t¹o xung r¨ng ca.

7.Kh©u t¹o §é réng xung theo yªu cÇu: Môc ®Ých: Sau khi t¹o ®îc ®iÖn ¸p r¨ng ca vµ cho qua bé so s¸nh ®Ó t¹o ®îc xung vu«ng cho viÖc ®iÒu khiÓn thyristor nhng ®é réng xung qu¸ lín so víi xung cÇn thiÕt ®Ó ®iÒu khiÓn th× ta ph¶i dïng c¸ch nµy ®Ó t¹o ®îc xung cã ®é réng yªu cÇu. Ho¹t ®éng

30

Gãc α ®îc t¹o ra do sù t¨ng gi¶m ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Udk nªn d¶i ®iÒu chØnh réng nhÊt cña gãc α lµ 0o÷210o Gi¶ sö ta cã ®iÖn ¸p r¨ng ca nh h×nh vÏ : Sau khi so s¸nh ta cã xng vu«ng d¬ng réng qu¸ ta muèn ®iÒu chØnh ®é réng ®Ó xung ®iÒu khiÓn chØ réng ë mét møc nµo ®ã th«i ta lµm nh sau: Cho Udk=Udkmin th× ta sÏ xÊc ®Þnh ®îc αmaxvµ ta cho Udk vµ ®iÖn ¸p r¨ng ca qua bé so s¸nh ta sÏ t¸ch ®îc phÇn xung cÇn c¾t bá. TiÕp ®ã ta sÏ cho phÇn xung ®iÒu khiÓn cÇn c¾t bá vµ xung ®iÒu khiÓn cã ®é réng trªn qua mét phÇn tö logic XOR th× ta sÏ cã xung ®iÒu khiÓn víi ®é réng yªu cÇu.α §å thÞ qu¸ tr×nh:

VËy ta ®· t¹o ®îc xung cã ®é réng ®ñ lín

®Ó

më

c¸c thyristor. 8.Kh©u ph¸t

xung

cao tÇn: a) T¸c dông T¹o ra chïm xung cã 31

tÇn sè rÊt cao(ë ®©y ta chän tÇn sè b»ng 10 Khz).Chïm xung nµy ®îc ®a vµo cæng AND ®Ó t¹o ra xung ®iÒu khiÓn më c¸c Tiristor Ta dïng vi m¹ch CD4093 cña h·ng FAIRCHILD víi c¸c th«ng sè sau ®©y ®Ó cã thÓ t¹o ®¬c xung chïm cã tÇn sè kho¶ng 10kHz. TÇn sè xung ra cã thÓ ®îc ®iÒu chØnh nhê thay ®æi gi¸ trÞ cña R,C b)S¬ ®å nèi cña CD4093:

Vi m¹ch nµy bao gåm 4 Trig¬ Schmitt. Ta dïng nã ®Ó t¹o ra xung ch÷ nhËt cã tÇn sè 10kHZ.M¹ch t¹o xung ®ã nh sau:

32

§å thÞ quan hÖ gi÷a VDD, VT+, VT-:

Trong ®ã VT+, VT- lµ hai ngìng lËt cña trig¬. Theo ®ã tÇn sè xung sÏ quyÕt ®Þnh bëi tÝch R.C. Tra

b¶ng

c¸c

th«ng

sè

cña

CD4093

ta

cã

VDD=5V,VT+=3.3V,VT-=1.8V

33

Ta sÏ ®Æt ®iÖn ¸p VDD vµo ®Çu ®iÒu khiÓn(CONTROL) cña trig¬. 1 1 = VËy f= t 1 + t 2 RC ln (VT +)(VDD − VT −) (VT −)(VDD − VT +) 1 1 = RC ln (3.3)(5 − 1.8) = =10000Hz R.C.1,238 (1.8)(5 − 3.3) Tõ ®ã :R.C=

1 =8,08.10 −5 10000.1,238

Chän R=100 Ω vµ C=0.808 µ F. *Trong s¬ ®å ta chËp hai ®Çu control vµ ®Çu cßn l¹i nh h×nh vÏ ®Ó t¹o m¹ch dao ®éng.§Ó m¹ch nµy dao ®éng ®îc th× ta ph¶i cÊp nguån cho m¹ch vµo ch©n VDD , VSS vµ nh vËy víi c¸c th«ng sè thÝch hîp ta sÏ cã m¹ch dao ®éng t¹o xung cã tÇn sè 10kHz.

S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn toµn hÖ thèng:

34

Ph©n tÝch ho¹t ®éng cña s¬ ®å hÖ thèng ®iÒu khiÓn cho bé biÕn ®æi xung ¸p xoay chiÒu ba pha nh»m môc ®Ých h¹n chÕ dßng khëi ®éng lóc khëi ®éng ®éng c¬: S¬ ®å bao gåm s¸u kªnh ®iÒu khiÓn,mçi kªnh ®IÒu khiÓn viÖc ®ãng më mét van nhÊt ®Þnh t¹i nh÷ng thêi ®iÓm thÝch hîp. Nguån ®iÖn ¸p líi sau khi qua m¸y biÕn ¸p th× sÏ t¹o ®îc 6 ®iÖn ¸p h×nh sin ®ång bé lÖch nhau mét gãc lµ 60o. Ho¹t ®éng cña mét kªnh nh sau: Kªnh 1: §iÖn ¸p ®ång bé ®îc ®a qua bé so s¸nh víi ®iÖn ¸p 0V ®Ó t¹o xung ch÷ nhËt,tiÕp ®ã ®îc ®a qua bé vi ph©n vµ mét kh©u so s¸nh ®Ó t¹o d¹ng xung ch÷ nhËt yªu cÇu,xung ch÷ nhËt nµy ®îc ®a qua bé t¹o xung r¨ng ca,sau ®ã cho xung nµy ®i qua bé so s¸nh víi ®iÖn ¸p b»ng Udk ®îc cÊp bëi bé t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn,ta cã xung ch÷ nhËt víi gãc më α .Nhê Udk mµ ta sÏ chØnh ®îc α víi ®é lín theo yªu 35

cÇu vµ gãc më nµy cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc nhê ®iÒu chØnh biÕn trë,cho qua mét diot ®Ó läc lÊy phÇn d¬ng cña ®iÖn ¸p.Xung ra sÏ lµ xung ch÷ nhËt cã ®é dµi lín mµ ta chØ cÇn xung cã ®é dµi b»ng 2100- α ,do ®ã ta sÏ ph¶i thùc hiÖn c¾t xung,®iÒu ®ã ®îc thùc hiÖn dÔ dµng nhê viÖc ta cho Udkmin ®Ó cã α max vµ ta l¹i cho xung ch÷ nhËt øng víi α max vµ xung ch÷ nhËt võa t¹o cho qua mét phÇn tö XOR vµ ta sÏ ®îc xung ch÷ nhËt cã ®é réng theo yªu cÇu.Cho qua cïng víi xung chïm ®Õn mét phÇn tö AND.Xung nµy sau ®ã ®îc ®a qua bé khuÕch ®¹i vµ kh©u biÕn ¸p xung ®Ó t¹o xung cã ®é lãn theo yªu cÇu ®Ó cã thÓ më ®îc thyristor.

Ch¬ng 4. M« pháng ho¹t ®éng cña hÖ thèng b»ng Simulink

1.S¬ ®å hÖ thèng:

36

2.CÊu tróc cña khèi thyistor song song ngîc:

37

3.KÕt qu¶ m« pháng: a.§å thÞ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn vµ dßng ®iÖn pha A,®iÖn ¸p pha A: §å thÞ trªn lµ gãc ®iÒu khiÓn α : D¹ng gãc ®iÒu khiÓn nh h×nh vÏ,lóc khëi ®éng cho gãc nµy t¨ng ®Ó gi¶m ®iÖn ¸p vµ do ®ã gi¶m dßng ®iÖn qua ®éng c¬ sau ®ã gi¶m gãc nµy ®Ó t¨ng ®iÖn ¸p ®Æt vµo pha A sau khi khëi ®éng. §å thÞ díi bao gåm ®å thÞ dßng qua van vµ ®iÖn ¸p pha lóc khëi ®éng vµ sau khëi ®éng.Ta thÊy khi khëi ®éng dßng nµy t¨ng rÊt lín nhng nhê ®iÒu chØnh gãc ®iÒu khiÓn mµ ta ®· h¹n chÕ dßng qua van theo sù biÕn ®æi cña gãc nµy.Vµ sau khi khëi ®éng khi ®iÖn ¸p pha t¨ng trë l¹i th× dßng qua van ®· gi¶m vµ æn ®Þnh dÇn.

38

39

PHô LôC IC: CD4093BC

40

KÕT LUËN Häc kú võa qua víi sù gióp ®ì tËn t×nh cña thÇy gi¸o TrÇn träng minh vµ c¸c thÇy gi¸o trong bé m«n tù ®éng ho¸ XNCN em ®· cè g¾ng hoµn thµnh ®å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt víi ®Ò tµi “thiÕt kÕ bé khëi ®éng cho ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha” .MÆc dï lóc ®Çu cßn bì ngì ,nhng ®îc sù chØ b¶o tËn t×nh cña thÇy gi¸o TrÇn träng minh, 41

em ®· hoµn thµnh ®å ¸n ,cã thªm ®¬c nhiÒu kinh nghiÖm quý b¸u trong thùc tÕ , kiÕn thøc vÒ ®iÖn tö c«ng su©t vµ c¸c m«n häc kh¸c ®Ó sau nµy cã ®ñ tù tin lµm c¸c ®å ¸n kh¸c ,gióp em: - HiÓu ®îc cÊu t¹o , nguyªn lý ho¹t ®éng cña bé biÕn ®æi xung ap xoay chiÒu ba pha vµ øng dông vao thùc tÕ. - BiÕt c¸nh thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc. - BiÕt c¸ch thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn. KÕt qu¶ m« pháng cho thÊy m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng tèt ®¸p øng ®îc nh÷ng yªu cÇu thùc tÕ ®Æt ra. §iÒu ®ã chøng tá tÝnh ®óng ®¾n cña m¹ch ®· thiÕt kÕ. KÕt qu¶ nµy cã thÓ lµ c¬ së cho viÖc øng dông ®Ó thiÕt kÕ m¹ch trong thùc tÕ. Tuy nhiªn, do thêi gian cã h¹n vµ kiÕn thøc cña em cßn h¹n chÕ nªn ®å ¸n nµy kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy gi¸o TrÇn träng minh ®· tËn t×nh híng dÉn , gióp ®ì em trong suèt thêi gian lµm ®å ¸n ®Ó em hoµn thµnh ®å ¸n nµy. Hµ Néi Ngµy 14 th¸ng 12 n¨m 2003 Sinh viªn thùc hiÖn :ph¹m viÖt hång

42

43