Đề tài : Tổng hợp điện cơ hệ truyền động chỉnh lưu-động cơ một chiều doc

Tổng hợp điện cơ hệ truyền động chỉnh lưu-động cơ một chiều

Đề tài : Tổng hợp điện cơ hệ truyền động

chỉnh lưu-động cơ một chiều

SV thực hiện: Nguyễn Thị Chinh Trang:1

Tổng hợp điện cơ hệ truyền động chỉnh lưu-động cơ một chiều

Mục lục

................................................................................................................................55

................................................................................................................................55

................................................................................................................................55

................................................................................................................................55

SV thực hiện: Nguyễn Thị Chinh Trang:2

Tổng hợp điện cơ hệ truyền động chỉnh lưu-động cơ một chiều

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN

................................................................................................................................55

................................................................................................................................55

................................................................................................................................55

................................................................................................................................55

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

1.1 Giới thiệu Tiristor

Tiristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn gồm pnpn liên tiếp nhau tạo nên Anôt,

Katôt và cực điều khiển G (hình vẽ).

Hình 1.1 Cấu tạo và ký hiệu của Tiristor.

Nguyên lý làm việc của Tiristor:

Khi đặt Tiristor dưới điện áp một chiều, anôt vào cực dương, katôt vào cực

âm của nguồn điện áp, J1 và J3 được phân cực thuận, J2 bị phân cực ngược. Gần như

toàn bộ điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J2. Điện trường nội tại E1 của J2 có chiều

hướng từ N1 về P2. Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E1, vùng chuyển tiếp

cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra, không có dòng điện chảy qua Tiristor mặc

dù nó được đặt dưới điện áp thuận.

Mở Tiristor:

Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với K),

các điện tử từ N2 chạy sang P2. Đến đây một số ít trong chúng chảy vào nguồn Ug và

hình thành dòng điều khiển Ig chảy theo mạch G-J3-K-G, còn phần lớn điện tử, chịu

sức hút của điện trường tổng hợp của mặt ghép J2, lao vào vùng chuyển tiếp này,

chúng được tăng tốc độ, động năng lớn lên , bẻ gãy các liên kết giữa các nguyên tử

silic, tạo nên những điện tử tự do mới. Số điện tử mới được giải phóng này lại tham

gia bắn phá các nguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp. Kết quả của phản ứng dây

SV thực hiện: Nguyễn Thị Chinh Trang:3

Tổng hợp điện cơ hệ truyền động chỉnh lưu-động cơ một chiều

chuyền này làm xuất hiện ngày càng nhiều điện tử chảy vào N1, qua P1 và đến cực

dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng dẫn điện ào ạt. J 2 trở thành mặt

ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm nào đó ở xung quanh cực G rồi phát triển ra

toàn bộ mặt ghép với tốc độ khoảng 1 cm/100 µs . Thời gian mở Tiristor kéo dài

khoảng 10 µs .

Khóa Tiristor:

Một khi Tiristor đã mở thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển Ig không còn

là cần thiết nữa. Để khóa Tiristor có 2 cách:

- Giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị dòng điện duy trì IH.

- Đặt một điện áp ngược lên Tiristor (biện pháp thường dùng)

Khi đặt điện áp ngược lên Tiristor UAK < 0, hai mặt ghép J1 và J3 bị phân cực

ngược, J2 bây giờ được phân cực thuận. Những điện tử, trước thời điểm đảo cực tính

UAK, đang có mặt tại P1, N1, P2 bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dòng điện

ngược chảy từ katôt về anôt, về cực âm của nguồn điện áp ngoài.

Lúc đầu của quá trình, từ t0 đến t1, dòng điện ngược khá lớn, sau đó J1 rồi J3

trở nên cách điện. Còn lại một ít điện tử bị giữ lại giữa hai mặt ghép J 1 và J3, hiện

tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết và J2 khôi phục lại tính chất

của mặt ghép điều khiển.

Trong các sơ đồ chỉnh lưu trên, giá trị điện áp trung bình một chiều ra tải phụ

thuộc vào góc điều khiển mở của Tiristor: Ud = Ud0.cosα

Do đó, khi thay đổi góc điều khiển α thì ta sẽ thay đổi được giá trị điện áp

trung bình ra tải. Nếu tăng giá trị góc điều khiển α thì điện áp trung bình sẽ giảm,

ngược lại, giảm α thì điện áp trung bình sẽ tăng. Giá trị lớn nhất của điện áp trung

bình ra tải là Ud0, ứng với góc α =0.

Dòng điện trung bình qua tải:

d

d

Z

U

I = với 2 2

Zd = X L + R

Trường hợp trong mạch tải có thêm suất điện động phản kháng:

d

d

Z

U E

I

−

=

1.2 Giới thiệu động cơ một chiều

Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi là một loại máy

quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điện

xoay chiều thông dụng.

Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc độ

rất tốt, khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải. Chính vì vậy mà động

cơ một chiều được dùng nhiều trong các nghành công nghiệp có yêu cầu cao về

điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải,các nghành công nghiệp

hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều...

Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất định

của nó như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảo quản cổ

góp điện phức tạp hơn (dễ phát sinh tia lửa điện)... nhưng do những ưu điểm nổi trội

của nó nên động cơ điện một chiều vẫn có một tầm quan trọng nhất định trong sản

suất.

1.2.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều

SV thực hiện: Nguyễn Thị Chinh Trang:4

Tổng hợp điện cơ hệ truyền động chỉnh lưu-động cơ một chiều

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh và phần

động.

1.2.1.1. Phần tĩnh

Đây là đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:

+ Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây

quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ

thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện

nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây

quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được

bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ.

Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau.

+ Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện

đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ

phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được

gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.

+ Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ

máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong

máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm

vỏ máy.

+ Các bộ phận khác:

- Náp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây

quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp

máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm

bằng gang.

- Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi

than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ góp.

Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có

thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong

thì dùng vít cố định lại.

1.2.1.2. Phần quay

Bao gồm những bộ phận chính sau :

+ Lõi sắt: Là phần ứng dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ

thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao

do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì

dặt dây quấn vào.

Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió

để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục.

Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ,

giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm việc

gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt.

Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục.

Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết

kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.

+ Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện

động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có

bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây có

SV thực hiện: Nguyễn Thị Chinh Trang:5

Tổng hợp điện cơ hệ truyền động chỉnh lưu-động cơ một chiều

tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây

quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.

Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt

hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit.

+ Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều. Cổ góp

gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến

1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình

chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành

góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp

được dễ dàng.

+ Các bộ phận khác:

- Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thường

chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục

máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ. Gió đi qua vành

góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy.

- Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy

thường làm bằng thép cacbon tốt.

1.2.2 Động cơ một chiều kích từ độc lập

1.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ độc lập

Ta có phương trình đặc tính cơ: ( )

2 Φ

+

−

Φ

=

K

R R

K

Uu u f

ω

Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy Có ba thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ

đó là:

- Từ thông động cơ (Φ).

- Điện áp phần ứng (Uư).

- Điện trở phần ứng.

Sau đây ta sẽ lần lượt đi xét những ảnh hưởng của từng tham số đó:

1.2.2.2 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng :

Giả thiết : Uư=Uđm=const

Φ = Φđm=const

Khi ta đổi điện trở mạch phần ứng ta có tốc độ không tải lý tưởng:

SV thực hiện: Nguyễn Thị Chinh Trang:6

Rf

Uu

ĐC

CKTD

+

_

_ +

+

RKT

UKT

I

I

KT

Tổng hợp điện cơ hệ truyền động chỉnh lưu-động cơ một chiều

ω0 = Const

K

U

dm

dm =

Φ

Độ cứng đặc tính cơ:

β = Var

R R

M K

u f

=

+

Φ

= −

∆

∆

2

( )

ω

Khi Rf càng lớn, β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với Rf = 0

Ta có đặc tính cơ tự nhiên:

βtn = - Ru

K

2

( Φ)

βtn có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các

đường đặc tính có điện trở phụ. Như vậy khi thay đổi điện trở phụ Rf ta được một họ

đặc tính biến trở có dạng như hình 1.4. Ứng với một phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng

lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn

mạch cũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế

dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản.

Hình 1.3: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập

khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

1.2.2.3 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:

Giả thiết : Φ = Φdm = const

Rư = const

Khi thay đổi điện áp phần ứng : Uư<Uđm ta có:

Tốc độ không tải lý tưởng : Var

K

U

dm

x

x =

Φ

ω0 =

Độ cứng đặc tính cơ : βox = Const

R

K

u

=

Φ

2

( )

Như vậy khi ta thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc

tính cơ song song đặc tính cơ tự nhiên (hình 1.5). Ta thấy khi thay đổi điện áp (giảm

áp) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm ứng với phụ tải

nhất định. Do đó phương pháp này cũng có thể sử dụng để điều chỉnh tốc độ và hạn

chế dòng điện khởi động.

SV thực hiện: Nguyễn Thị Chinh Trang:7