I. Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ
Chương này tập trung vào động cơ điện một chiều, một thiết bị quan trọng trong công nghiệp và giao thông vận tải. Động cơ này cho phép điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng, với ưu điểm là thiết bị đơn giản và chi phí thấp. Cấu tạo của động cơ bao gồm phần tĩnh (stator) và phần quay (rotor), với các bộ phận như cực từ chính, cực từ phụ, gông từ, và cơ cấu chổi than. Động cơ điện một chiều được phân loại thành kích từ độc lập, kích từ nối tiếp, và kích từ hỗn hợp, mỗi loại có đặc điểm và ứng dụng riêng.
1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Động cơ điện một chiều gồm hai phần chính: phần tĩnh (stator) và phần quay (rotor). Phần tĩnh bao gồm cực từ chính, cực từ phụ, gông từ, và các bộ phận khác như nắp động cơ và cơ cấu chổi than. Phần quay gồm lõi sắt phần ứng, dây quấn phần ứng, và cổ góp. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc tạo ra từ trường và dòng điện trong phần ứng, từ đó sinh ra momen quay. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập sử dụng hai nguồn điện riêng biệt cho phần ứng và mạch kích từ, giúp điều chỉnh tốc độ linh hoạt.
1.2. Phương pháp điều chỉnh tốc độ
Có ba phương pháp chính để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều: điều chỉnh bằng điện trở phụ phần ứng, điều chỉnh bằng từ thông kích từ, và điều chỉnh bằng thay đổi điện áp phần ứng. Phương pháp điều chỉnh điện trở phụ đơn giản nhưng gây tổn thất năng lượng lớn. Điều chỉnh từ thông kích từ hiệu quả hơn nhưng phức tạp về cấu tạo. Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng cho phép điều chỉnh tốc độ vô cấp nhưng yêu cầu bộ nguồn phức tạp.
II. Tổng quan về bộ chỉnh lưu tia 3 pha
Chương này giới thiệu về bộ chỉnh lưu tia 3 pha, một thiết bị quan trọng trong điện tử công suất. Bộ chỉnh lưu này sử dụng ba thyristor để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha bao gồm máy biến áp 3 pha và ba thyristor nối với tải. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc cấp xung điều khiển để mở các thyristor khi điện áp pha tương ứng dương hơn so với trung tính.
2.1. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động
Bộ chỉnh lưu tia 3 pha gồm ba thyristor nối với tải và máy biến áp 3 pha. Khi điện áp pha tương ứng dương hơn so với trung tính, thyristor sẽ mở và dẫn dòng điện. Quá trình chuyển mạch xảy ra khi điện áp pha thay đổi, đảm bảo dòng điện một chiều ổn định. Góc mở α của thyristor được điều chỉnh để kiểm soát điện áp đầu ra. Khi góc mở α = 0, điện áp đầu ra đạt giá trị lớn nhất, và khi α tăng, điện áp đầu ra giảm.
2.2. Ứng dụng và ưu điểm
Bộ chỉnh lưu tia 3 pha được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều, đặc biệt là trong công nghiệp. Ưu điểm của bộ chỉnh lưu này là khả năng điều chỉnh điện áp đầu ra linh hoạt, hiệu suất cao, và độ tin cậy tốt. Tuy nhiên, việc thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu yêu cầu kiến thức chuyên sâu về điện tử công suất và kỹ thuật điện.
III. Thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu thyristor điều khiển động cơ một chiều
Chương này tập trung vào quá trình thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu thyristor để điều khiển động cơ điện một chiều. Bộ chỉnh lưu được thiết kế dựa trên nguyên lý hoạt động của thyristor và các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ. Quá trình thiết kế bao gồm tính toán mạch động lực, mạch điều khiển, và các biện pháp bảo vệ để đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn của hệ thống.
3.1. Tính toán mạch động lực
Mạch động lực của bộ chỉnh lưu thyristor bao gồm các thyristor, máy biến áp, và tải là động cơ điện một chiều. Quá trình tính toán tập trung vào việc xác định các thông số như điện áp, dòng điện, và công suất của các linh kiện. Các biện pháp bảo vệ như cầu chì, varistor, và tụ điện được sử dụng để bảo vệ mạch khỏi quá áp và quá dòng.
3.2. Thiết kế mạch điều khiển
Mạch điều khiển của bộ chỉnh lưu thyristor bao gồm các mạch tạo xung, mạch điều khiển góc mở α, và các mạch bảo vệ. Mạch tạo xung sử dụng các linh kiện như transistor, IC 555, và optocoupler để tạo ra xung điều khiển chính xác. Mạch điều khiển góc mở α được thiết kế để điều chỉnh điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu, từ đó điều khiển tốc độ của động cơ điện một chiều.
