Đề tài Thiết kế hệ thống truyền động Tiristor – Động cơ không đảo chiều quay cho tải có tính chất phản kháng, với sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha

Thiết kế hệ thống truyền động Tiristor – Động cơ không đảo chiều quay cho tải có tính chất phản kháng, với sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha Lời nói đầu Trong thời đại ngày nay sư phạm kỹ thuật là một ngành ra đời chưa lâu, xong nú cú vai trò quan trọng trong việc đào tạo ra đội ngũ giáo viên cho các trường Cao Đẳng và Trung Cấp nghề cũng như là các trung tâm nghề. Hiện nay, trong các trường nghề thì đội ngũ giáo viên chủ yều là các kĩ sư hay các công nhân lành nghề bậc cao. Do đó, họ thiếu những kỹ năng nghiệp vụ sư phạm nên làm giảm khả năng truyền thụ kiến thức và hướng dẫn nghề cho học sinh. Các khối ngành nghề kỹ thuật đóng một vai trò rất quan trọng trong công cuộc Công Nghiệp Hóa – Hiện Đại Hóa đất nước. Việc đào tạo ra một nguồn nhân lực kỹ thuật lành nghề thì trước tiên phải có một đội ngũ giáo viên giỏi về nghiệp vụ và vững vàng về tay nghề. Nhận thức được điều này, Đảng và Nhà nước cũng như xã hội đã quan tâm rất nhiều đến công tác đào tạo giáo viên kỹ thuật. Khoa Sư Phạm Kỹ Thuật ra đời chưa lâu xong đó cú những tiến bộ nhất định trong việc đào tạo giáo viên kỹ thuật cho các trường nghề kỹ thuật. Trong quá trình đào tạo thì khoa Sư Phạm Kỹ Thuật đã rất chú trọng trong việc nâng cao nghiệp vụ sư phạm và phối hợp với các khoa khác để trang bị cho các giáo sinh về kiến thức ngành kỹ thuật. Nghiệp vụ sư phạm được trang bị thông qua cỏc mụn chuyên ngành sư phạm và được củng cố qua việc cho giáo sinh đi kiến tập và thực tập, về chuyên ngành kỹ thuật thì được cung cấp qua nhiều môn chuyên ngành với các đồ án môn học kèm theo, về tay nghề được rèn luyện qua các đợt đi xưởng thực tập. Kết thúc khóa học, giáo sinh được giao bài khóa luận tốt nghiệp bao gồm hai phần là kỹ thuật và sư phạm. Với sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của cô Lê Thị Quỳnh Trang, cựng các thầy cô trong Khoa Sư Phạm, em đã hoàn thành bài khóa luận. Em xin được gửi tới các thầy cô lời cảm ơn chân thành nhất và kính mong cỏc thõy cụ góp ý cho em để kiến thức của em ngày vững chắc trong sự nghiệp trồng người của mình. Em xin chân thành cảm ơn ! Thỏi Nguyờn, ngày 30 tháng 5 năm 2011 Sinh viên Đỗ Thị Ly MỤC LỤC PHẦN KỸ THUẬT Tên đề tài: Thiết kế hệ thống truyền động Tiristor – Động cơ không đảo chiều quay cho tải có tính chất phản kháng, với sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha. Nội dung: Thiết kế sơ đồ nguyên lý của hệ thống. Tính chọn thiết bị. Xây dựng đặc tính tĩnh và kiểm tra chế độ tĩnh. Mô phỏng và khảo sát chất lượng động của hệ thống. Thuyết minh các chế độ làm việc của hệ thống. Số liệu như sau: Công suất động cơ: 11 KW Tốc độ động cơ: 1500 V/P Dải điều chỉnh: 80/1 Sai lệch tĩnh: δ ≤ 5% Chương 1 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG Trong lĩnh vực kinh tế tạo ra một sản phẩm bằng máy móc đảm bảo các chỉ tiêu về kinh tế, kỹ thuật là một yếu tố quan trọng nhất .Để sử dụng một cách hợp lý các thiết bị và khai thác tối đa khả năng làm việc của chúng thì chúng ta phải bắt đầu từ khâu thiết kế hệ thống. Người thiết kế cần phải dựa vào yêu cầu của quy trình công nghệ và đặc tính sản xuất để đưa ra phương án hợp lý , từ những phương án đó lựa chọn ra phương án tối ưu sao cho thoả mãn yêu cầu sau: - Phải có vốn đầu tư , chi phí vận hành nhỏ nhất - Chất lượng sản phẩm sản xuất ra phải cao nhưng giá thành hợp lý - Phải đảm bảo năng suất lao động , độ tin cậy cao ,an toàn cho người và thiết bị Ngoài các yêu cầu về kinh tế trờn thỡ cũn cú cỏc yờu kỹ thuật quan trọng nhất là các hệ thống không cần đảo chiều, dải điều chỉnh tốc độ rộng , trơn (D=80:1) sai lệch tĩnh nhỏ δ ≤ 0.05 .Vì việc điều chỉnh tốc độ hay đảm bảo tốc độ của máy sẽ đảm bảo chất lượng sản phẩm và an toàn trong sản xuất, đạt năng suất cao ..... 1.1. Chọn động cơ Trong công nghiệp hiện nay thường sử dụng 2 loại động cơ chính: động cơ điện xoay chiều và động cơ điện 1 chiều. Trong đó động cơ xoay chiều bao gồm: động bộ và động cơ không đồng bộ; Động cơ một chiều gồm: động cơ 1 chiều kích từ độc lập và động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp. Mỗi loại có những đặc điểm riêng, phù hợp với những yêu cầu công nghệ, trường hợp sử dụng khác nhau. Do vậy tùy vào các yêu cầu đặt ra, ta lựa chọn loại động cơ phù hợp, để đảm bảo tính kỹ thuật cũng như tính kinh tế. Với yêu cầu của hệ thống truyền động trong đề tài này em lựa chọn động cơ 1 chiều kích từ độc lập làm động cơ cho truyền động *Đặc điểm Động cơ điện một chiều kích từ độc lập thường có cuộn kích từ mắc vào nguồn một chiều độc lập (hình 6.a) (đối nguồn có công suất không đủ lớn) và cũng có thể cuộn kích từ mắc song song với mạch phần ứng (đối nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn). Phương trình đặc tính cơ: a) b) Hình 6.a) Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập . b) Đặc tính cơ của một động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp *Nhận xét: So với động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp thì ta thấy động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có từ thông không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở của mạch kích từ nên khẳ năng ổn định tốc độ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập cao hơn. Mặt khác đặc tính cơ của nó có dạng đường thẳng do đó có thể ổn định ở mọi cấp tốc độ. Động cơ loại này có dải điều chỉnh rộng do : M = kfI; f = const; M = const 1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập Hiện nay, hầu hết cỏc mỏy sản xuất đều sử dụng hệ truyền động điện để đáp ứng nhu cầu, đòi hỏi công nghệ, nâng cao tự động hoá cũng như năng suất, chất lượng vì thế các hệ truyền động điện thường phải điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu công nghệ. Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Có 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ đó là: + Điều chỉnh điện trở phụ mạch phần ứng. + Điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ. + Điều chỉnh từ thông kích từ. Mỗi phương pháp có những ưu điểm riêng, phù hợp với những yêu cầu kỹ thuật khác nhau như: yêu cầu về điều chỉnh tốc độ, dải điều chỉnh, sai lệch tĩnh, công suất động cơ….Trong đề tài này, với yêu cầu kỹ thuật là: Công suất động cơ: 11 KW, Tốc độ động cơ: 1500 V/P, Dải điều chỉnh: 80/1, Sai lệch tĩnh: δ ≤ 5%, ta sử dụng phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng Đặc điểm: + Dễ dàng điều chỉnh tốc độ và hạn chế dòng khởi động. + Điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng. + Đặc tính cơ cứng. + Sai lệch tĩnh không đổi trong dải điều chỉnh. + Tổn hao nhỏ, khả năng tự động hoá cao. n n0 n01 n02 n03 Mc TN Udm U1 U2 U3 o Đặc tính cơ của ĐC 1C KTĐL khi thay đổi điện áp phần ứng 1.3 Chọn bộ biến đổi Ở phần trên em đã chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch phần ứng động cơ. Để thay đổi điện áp này sử dụng các bộ biến đổi. Và tương ứng với các bộ biến đổi, chúng ta cú cỏc hệ thống truyền động Hiện nay trong công nghiệp chúng ta sử dụng các hệ thống truyền động sau: + Hệ thống máy phát  – động cơ + Hệ thống tiristor – động cơ + Hệ thống xung áp – động cơ Mỗi hệ thống có những ưu – nhược điểm riêng phù hợp với từng yêu cầu riêng của hệ thống truyền động. Trong đề tài này em chọn bộ biến đổi tiristor – động cơ. Bộ biến đổi là bộ phận quan trọng của hệ thống truyền động, nó quyết định khả năng và chất lượng điều chỉnh các chế độ làm việc. Bộ biến đổi xoay chiều – một chiều dùng tiritor chính là mạch điện chỉnh lưu có điều khiển dùng tiristor để biến đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều điều chỉnh điện áp đi vào mạch phần ứng động cơ. Sơ đồ khối hệ thống tiristor – động cơ (T - Đ) Hình 1-4 * Ưu điểm của hệ thống này: + Tính tác động nhanh. + Hệ thống gọn nhẹ, dễ tạo ra hệ thống vũng kớn. + Hệ thống nâng cao được độ cứng đặc tính cơ và mở rộng phạm vi điều chỉnh. + Có thể điều chỉnh vô cấp, sai lệch tĩnh nhỏ. + Dễ tự động hoá hệ thống. + Tác động nhanh, hoạt động tin cậy. + Khụng gây ồn, không cần nền móng đặc biệt. + Hiệu suất cao, giá thành rẻ. 1.3.1. Chọn phương pháp hãm. Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mụmen quay ngược chiều tốc độ quay. Với động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba phương pháp hãm là: + Hãm tái sinh. + Hãm ngược. + Hãm động năng. Việc chọn phương pháp hãm phù hợp với yêu cầu công nghệ là điều rất quan trọng. Với đề tài này, hệ thống yêu cầu không đảo chiều quay (bộ biến đổi không làm việc ở chế độ nghịch lưu) vì vậy không có hãm tái sinh, để hãm ngược cần công tắc đảo chiều điện áp (vì E không đổi chiều) dẫn tới hệ thống phức tạp. Vì vậy, trong ba phương pháp hóm trờn thỡ phương pháp hãm động năng là phù hợp với yêu cầu của đề tài. Vỡ nú có mạch hãm đơn giản, không sử dụng năng lượng khi hãm, có khả năng hãm khi mất điện, tự dừng khi điện áp về không. Vì vậy, đối với hệ thống này em sử dụng phương pháp hãm động năng kích từ độc lập. 1.3.2 Chọn sơ đồ chỉnh lưu. Trong thực tế có nhiều sơ đồ chỉnh lưu đáp ứng được yêu cầu công nghệ. Tuy nhiên ở mỗi sơ đồ cú cỏc chỉ tiêu về chất lượng, giá thành khác nhau. Với yêu cầu của đề tài em chọn sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha. Sơ đồ tia 3 pha iT1 ia * * BA iA iB iC A T2 ib B iT2 * * ic * * C iT3 Ed Ld Rd id T3 ud K Hình 1-7 a b c 0 * Sơ đồ nguyên lý : Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha gồm: - BA: máy biến áp 3 pha cung cấp điện áp cho sơ đồ chỉnh lưu. - Các Tiristor T1, T2, T3 dùng để biến điện áp xoay chiều 3 pha bên thứ cấp máy biến áp BA là ua, ub, uc thành điện áp một chiều trên tải Ud . - Rd, Ld , Ed: các phần tử phụ tải của bộ chỉnh lưu. - iA, iB, iC: dũng các pha cuộn dây sơ cấp của BA. - ia, ib, ic: dũng các pha cuộn dây thứ cấp của BA. - iT1, iT2, iT3: dũng các van chỉnh lưu. - id: dòng điện chỉnh lưu. * Nguyên lý làm việc Hình 1-8 Ta xét trường hợp Ld = , cho sơ đồ làm việc với một góc điều khiển bằng và cũng giả thiết là sơ đồ đã làm việc xác lập trước thời điểm bắt đầu xét (wt = 0): - Ta giả thiết điện cảm là vô cùng lớn (Ld = ∞) và bỏ qua quá trình chuyển mạch trước thời điểm wt = n1= α + π/6 thì T3 đang dẫn dòng và các van khỏc cũn ở trạng thái khoá. Khi đú trờn van T1 sẽ có điện áp thuận (vì uT1= ua - uc= uac, và tại wt = n1= α + π/6 thì uac >0 nên uT1>0). Tại wt = n1= α + π/6 thì T1 có tín hiệu điều khiển, T1 có đủ cả 2 điều kiện để mở nên T1 mở và uT1 giảm về bằng 0. Do uT1= 0 nên ud= ua, và từ sơ đồ ta xác định được điện áp trên T3 là uT3= uc - ua= uca, tại n1 thì uca<0, tức là T3 bị đặt điện áp ngược nờn khoỏ lại, van T2 thì vẫn khoá. Do vậy trong khoảng tiếp sau n1 trong sơ đồ chỉ có van T1 dẫn dòng, khi T1 dẫn dòng : ud= ua ; uT1 = 0 ; uT2= uba ; uT3= uca ; iT1= id = Id ; iT3= iT2 = 0 ; - Đến wt = 5π/6 thì ua = ub, đây là thời điểm mở tự nhiên đối với T2 nhưng T2 chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển, do ua vẫn dương kết hợp với tác dụng cùng chiều của sức điện động tự cảm trong Ld mà T1 vẫn tiếp tục dẫn dòng. - Đến wt = π thì ua=0 và sau đó chuyển sang âm nhưng T2 còn chưa mở nên T1 vẫn tiếp tục làm việc nhờ sức điện động tự cảm của Ld (ở đây α >30o). - Tại wt = n2 = 5π/6 + α thì T2 có tín hiệu điều khiển và do đang có điện áp thuận nên T2 mở, T2 mở thì uT2 giảm về bằng 0 nên ud= ub và uT1 = ua-ub =uab, mà tại n2 thì uab<0, tức là T1 bị đặt điện áp ngược nờn khoỏ lại. Do vậy từ n2 trong sơ đồ chỉ có van T2 dẫn dòng, khi T2 mở: ud= ub ; iT1 = 0 ; uT2= 0 ; iT2= id = Id ; iT3 = 0 ; uT1= uab ; uT3= ucb . Suy luận tương tự như vậy ta có từ wt = n2 ữ wt = n3 thì T3 làm việc và: ud = uc ; i T1 = 0 ; iT2= 0 ; iT3= id = Id ; uT1 = uac ; uT2= ubc ; uT3= 0. - Tại wt = n4 thì T1 lại có tín hiệu điều khiển, T1 lại mở và sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc giống như từ wt = n1. Từ tính chất lặp đi lặp lại trạng thái làm việc của sơ đồ chỉnh lưu ta suy ra giai đoạn wt = 0 ữwt = n1 cũng tương tự giai đoạn wt = 2π ữwt = n4, mà giai đoạn wt = 2π ữwt = n4 lại nằm trong giai đoạn wt = n3 ữ wt = n4: van T3 dẫn dòng, điều này hoàn toàn phù hợp với giả thiết ban đầu. * Một số biểu thức tính toán: Ud = Udo .cosa ; với Udo = (3/2π).U2 ≈ 1,17.U2 UTthmax = UTngmax = .U2 ; ITtb = ; IT = Dòng hiệu dụng cuộn dây sơ cấp và thứ cấp máy biến áp khi tổ nối dây Y/Yo: ; * Nhận xét: Sơ đồ hình tia ba pha có mạch đơn giản, tốn ít linh kiện, rẻ, mạch điều khiển thiết kế biến áp nguồn cấp (để trỏnh gõy mất đối xứng cho nguồn lưới) và khi tải có yêu cầu không. Qua phân tích ở trên ta thấy sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha có nhiều ưu điểm hơn so với các sơ đồ khác. Với yêu cầu phụ tải là điện trở, điện cảm, sức điện động theo đề tài đã cho em lựa chọn sơ đồ hình tia ba pha là sơ đồ thiết kế mạch động lực. 1.3.3 Chọn các thiết bị phụ trợ bộ biến đổi. Do những đặc trưng riêng của các phần tử sử dụng trong bộ biến đổi, nhất là đối với các van mà ta cần phải trang bị thêm một số trang thiết bị bảo vệ. Các tác nhân có thể gây hỏng van, ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường như: nhiệt độ các van quá giá trị cho phép, quá giá trị dòng điện các van, quá điện áp trờn cỏc van… Do vậy, việc trang bị các thiết bị bảo vệ như: sử dụng mạch bảo vệ quá gia tốc R-C mắc song song với Tiristor, cuộn kháng lọc, các thiết bị bảo vệ ngắn mạch như cầu chì, thiết bị đóng cắt như công tắc tơ, máy biến áp chỉnh lưu… là một việc làm cần thiết. CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 2.1. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐỘNG LỰC * Giới thiệu sơ đồ: - ATM: ỏp tụ mỏt. - BA: Máy biến áp động lực. - T1ữT3: Các Tiristor của sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha. - L: Điện cảm. - R-C: Các phần tử bảo vệ cho các Tiristor. - ĐC: Động cơ một chiều kích từ độc lập. - CKĐ: Cuộn kích từ của động cơ - Rh : Điện trở hãm động năng - H: tiếp điểm thường hở - K : tiếp điểm thường kín 2.2.THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN Khi nghiên cứu sơ đồ mạch động lực, ta đã biết để các van có điều khiển của bộ chỉnh lưu có thể mở tại các thời điểm mong muốn thì ngoài điều kiện tại thời điểm đú trờn van phải có điện áp thuận đặt lên Anụt - Katụt thỡ trờn điện cực điều khiển và Katụt của van phải có một điện áp điều khiển (tín hiệu điều khiển). Để hệ thống cú cỏc tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van đó nờu thỡ người ta sử dụng một mạch điện tạo ra tín hiệu đó gọi là mạch điều khiển hay còn gọi là hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu. Điện áp điều khiển của các Tiristor phải đáp ứng được yêu cầu cần thiết về công suất, biên độ cũng như thời gian tồn tại. Do đặc điểm của Tiristor là khi van đã mở thì việc còn tín hiệu điều khiển nữa hay không không ảnh hưởng đến dòng qua van. Vì vậy, để hạn chế công suất của mạch phát tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trờn vựng điện cực điều khiển người ta thường tạo ra các tín hiệu điều khiển Tiristor có dạng xung, do đó mạch điều khiển còn gọi là mạch phát xung điều khiển. Các xung điều khiển được tính toán sao cho độ dài của xung đủ thời gian cần thiết để mở van với mọi loại tải có thể có khi sơ đồ làm việc. Thông thường độ dài xung nằm trong giới hạn từ 200às đến 600às. Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lưu hiện nay đang sử dụng được phân làm 2 nhúm chớnh: + Nhúm các hệ thống điều khiển đồng bộ. + Nhúm các hệ thống điều khiển không đồng bộ. Nhúm các hệ thống điều khiển không đồng bộ rất phức tạp nờn nú ớt được sử dụng. Hiện nay, người ta thường hay sử dụng các hệ thống điều khiển đồng bộ. Đây là nhúm cỏc hệ thống điều khiển mà các xung điều khiển xuất hiện trên điện cực điều khiển các Tiristor đúng thời điểm cần mở van và lặp đi lặp lại mang tính chất chu kỳ với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn điện xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. Các hệ thống điều khiển đồng bộ thường sử dụng hiện nay bao gồm: + Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng. + Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang. + Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dựng Điụt hai cực gốc (Tranzitor một tiếp giáp). Với đề tài này em sử dụng phương pháp điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng. Hệ thống này có nhược điểm là khá phức tạp, song nú cú những ưu điểm nổi bật như: khoảng điều chỉnh góc mở rộng, ít phụ thuộc vào sự thay đổi điện áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kỳ của điện áp anụt của Tiristor chỉ có một xung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển… * Sơ đồ khối mạch tạo xung theo nguyên tắc khống chế pha đứng. Khi nghiên cứu các mạch phát xung theo nguyên tắc khống chế pha đứng, người ta chia các mạch điện hệ thống ra làm bốn khối có chức năng khác nhau và được biểu diễn như sơ đồ khối sau: ĐBH & FSRC SS SX KĐX & TX u1 urc uđk uđkT Khối 1 Khối 2 Khối 3 Khối 4 Hình 2-2 + Khối 1 (ĐBH & FSRC): Khối đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa. Khối này có nhiệm vụ lấy tín hiệu đồng bộ hoá và phát ra sóng điện áp hình răng cưa để đưa vào khối so sánh. + Khối 2 (SS): Khối so sánh. Khối này có nhiệm vụ so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng cưa với điện áp điều khiển Uđk. + Khối 3 (SX): Khối sửa xung, có tác dụng thay đổi lại độ dài xung cho phù hợp với yêu cầu bài toán. + Khối 4 (KĐX & TX): Khối khuếch đại xung và truyền xung, có nhiệm vụ khuếch đại xung và truyền xung đến các Tiristor, thông thường dùng biến áp xung (BAX). Các đại lượng điện áp sử dụng là: + u1 : là điện áp lưới (nguồn) xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. + urc : điện áp tựa thường có dạng hình răng cưa lấy từ đầu ra khối ĐBH& FSRC. + uđk : điện áp điều khiển, đây là điện áp một chiều được đưa từ ngoài vào dùng để điều khiển giá trị góc α. + uđkT : điện áp điều khiển Tiristor, là chuỗi các xung điều khiển lấy từ đầu ra hệ thống điều khiển và được truyền đến điện cực điều khiển (G) và katụt (K) của các Tiristor. 2.2.1. Chọn và phân tích sơ đồ nguyên lý mạch đồng bộ và tạo điện áp răng cưa. a. Mạch đồng bộ hoá: Để tạo ra được điện áp đồng bộ đạt các yêu cầu đặt ra ta thường sử dụng hai kiểu mạch đơn giản là: - Mạch phõn ỏp bằng các điện trở hoặc bằng điện trở kết hợp điện dung hay điện cảm. Trong mạch đồng bộ này điện áp đầu vào là điện áp lưới xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, điện áp ra cũng là điện áp xoay chiều hình sin cùng tần số trùng hoặc lệch một góc pha xác định. Kiểu mạch này ít được sử dụng vỡ cú sự liên hệ trực tiếp về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển bộ chỉnh lưu. - Mạch đồng bộ dựng mỏy biến áp : Hình 2-3 A * * B * * C * * uđba uđbb uđbc 0 BAĐ * * ul uđb BAĐ Trong trường hợp này người ta sử dụng một máy biến áp công suất nhỏ thường là máy biến áp hạ áp để tạo ra điện áp đồng bộ. Điện áp lưới u1 được đặt vào cuộn sơ cấp cũn bờn thứ cấp ta lấy ra điện áp đồng bộ uđb. Ưu điểm của việc sử dụng máy biến áp so với các phương pháp khác là nó cách ly được mạch điều khiển và mạch động lực. Vì vậy, đối với hệ thống này em chọn mạch đồng bộ dựng mỏy biến áp. b. Mạch phát sóng răng cưa Để có một hệ thống xung xuất hiện lặp đi lặp lại với một chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, đồng thời điều khiển được thời điểm xuất hiện của chúng trong mỗi chu kỳ thì ta sẽ sử dụng các mạch phát xung mà một trong các tín hiệu điều khiển nó là tín hiệu biến thiên theo chu kỳ của tín hiệu ra, đó là điện áp răng cưa. Mạch tạo điện áp răng cưa có thể dùng một số sơ đồ sau: + Sơ đồ dựng điụt, điện trở, tụ điện (mạch D-R-C). + Sơ đồ dùng mạch D-R-C nạp điện cho tụ bằng nguồn một chiều ổn định. + Sơ đồ dùng D-R-C và tranzitor. + Sơ đồ dùng D-R-C và tranzitor, nạp tụ bởi dòng không đổi. + Sơ đồ dùng vi mạch khuếch đại thuật toán (KĐTT). Với đề tài này em sử dụng sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật toán (KĐTT). * Giới thiệu sơ đồ (hình 2-4) Sơ đồ gồm máy biến áp đồng bộ hoá BAĐ để tạo ra điện áp đồng bộ uđb. Phần mạch tạo điện áp răng cưa cũng sử dụng điụt, tranzitor, các điện trở, tụ điện và ở đây để tạo ra dòng nạp tụ ổn định ta ứng dụng tính chất đặc biệt của các bộ khuếch đại thuật toán vi điện tử KĐTT. 0 a ic1 urc * Mạch đồng bộ Hình 2-4 D1 ul R1 +Ucc -Ucc iv- i1 iv+ Tr1 - + IC1 R2 R3 uc * uđb BAĐ C1 WR1 uv * Nguyên lý làm việc: Trong sơ đồ này ta sử dụng khuếch đại thuật toán IC1 ghép với tụ C1 thành một mạch tích phân. Nguyên lý hoạt động của khâu này như sau: Giả thiết Tr1 khúa thì tụ C1 được nạp bởi dòng đầu ra của IC1, dòng nạp tụ được xác định ic = -i1 + iv-. Nếu IC1 là lý tưởng thì điện trở vào của nó Rv bằng ∞, dẫn đến dòng vào iv- và iv+ bằng 0, do vậy: ic= -i1, mặt khác i1= -Ucc/(WR+R) = I = const. Điều này có nghĩa rằng khi Tr1 khoỏ thì tụ C1 được nạp bởi dòng không đổi có giá trị I. Urcmax uđb u n1 wt 3p 2p p Hình 2-5 urc 0 Vậy ta có: + Từ wt=0 thì uđb=0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương, dẫn đến điụt D mở nên mạch phát gốc Tr bị đặt điện áp ngược, Tr khoá, tụ C được nạp điện bởi dòng không đổi. Điện áp trên tụ tăng dần theo quy luật tuyến tính. + Đến wt=p và bắt đầu chuyển sang âm, D khoá, Tr mở nên tụ C phóng điện nhanh qua Tr đến điện áp bằng không và giữ nguyên giá trị bằng không cho đến wt=2p. + Tại wt=2p, điện áp đồng bộ bằng không và bắt đầu chuyển sang dương, D lại mở, Tr lại khoá, tụ C lại được nạp điện như từ wt=0. Với giả thiết KĐTT là lý tưởng thì hệ số khuếch đại là vô cùng lớn, vậy nếu KĐTT đang ở chế độ khuếch đại tuyến tính thì điện giữa hai đầu vào được xem là bằng 0 (uv=0). Từ sơ đồ ta có: urc=uc+uv=uc. Tức là điện áp răng cưa đầu ra của sơ đồ bằng điện áp trên tụ C. Đồ thị điện áp răng cưa được biểu diễn trờn hỡnh 6. Do điện áp răng cưa là điện áp ra của KĐTT nờn cú nội trở rất nhỏ, vì vậy dạng điện áp ra hầu như không phụ thuộc vào tải mắc ở đầu ra mạch phát sóng răng cưa. Với sơ đồ này dung lượng tụ C chỉ cần rất nhỏ (thường chọn khoảng 220nF), vì vậy chọn tụ dễ dàng, mặt khác tụ phóng rất nhanh nên rất an toàn cho tranzitor Tr và điện áp ra rất gần với dạng răng cưa lý tưởng. 2.2.2. Chọn và phân tích sơ đồ nguyên lý mạch so sánh. Khối này làm nhiệm vụ so sánh urc và uđk nhằm tạo ra một hệ thống xung xuất hiện một cách chu kỳ với chu kỳ bằng chu kỳ điện áp răng cưa (cũng là chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu) và điều khiển được thời điểm xuất hiện của mỗi xung ta sử dụng các mạch so sánh. Có nhiều mạch khác nhau để thực hiện khâu so sánh, phổ biến nhất hiện nay là các sơ đồ so sánh dùng tranzitor và dùng khuếch đại thuật toán bằng vi mạch điện tử. Trong các sơ đồ mạch so sánh thì ta thường có hai tín hiệu vào là điện áp điều khiển một chiều (uđk) và điện áp răng cưa lấy từ đầu ra khâu ĐBH&FSRC (urc). Hai điện áp này được mắc sao cho tác dụng của chúng đối với đầu vào khâu so sánh là ngược chiều nhau. Có hai cách nối các điện áp này trên đầu vào mạch so sánh: + Nối nối tiếp urc và uđk: tổng hợp nối tiếp. + Nối song song qua các điện trở tổng hợp: tổng hợp song song. Với đề tài này, mạch điều khiển dựng khõu so sánh với sơ đồ sử dụng khuếch đại thuật toán, các tín hiệu đầu vào được tổng hợp song song gồm các tín hiệu điện áp vào. Tín hiệu điện áp răng cưa từ đầu ra của khối đồng bộ hoá được đưa tới đầu vào đảo của IC. Tín hiệu uđk là điện áp một chiều có giá trị âm không đổi và điều khiển được (ngược dấu với điện áp răng cưa) được đưa tới đầu vào không đảo của IC. Ta có sơ đồ mạch sau: u urc uđk n1 n2 wt wt n1 n2 n'1 n'2 a Ucc ura π 2π 3π π 2π 3π Hình2-7 0 0 * Nguyên lý hoạt động: + Trong khoảng từ 0 ữ n1, |urc| < |uđk|, hai tín hiệu cần so sánh đưa vào đầu vào đảo của KĐTT vì IC2 làm việc ở chế độ bão hoà nên ura = Ucc. + Trong khoảng từ n1 ữ n'1, |urc| > |uđk| → ura = -Ucc. Cứ tiếp tục như vậy ta sẽ nhận được tín hiệu sau khâu so sánh như hình vẽ trên. Mạch so sánh có nhiệm vụ so sánh điện áp điều khiển với điện áp răng cưa (cụ thể ở đây ta lấy điện áp sườn trước của điện áp răng cưa làm điện áp tựa để so sánh) để tạo ra góc mở a. 2.2.3. Chọn và phân tích sơ đồ nguyên lý khối sửa độ rộng của xung. Để đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung, sự đối xứng của xung ở cỏc kờnh khác nhau, v.v. mà người ta thường thiết kế cho khâu so sánh làm việc với công suất xung ra nhỏ, do đó xung ra của khâu so sánh thường chưa đủ các thông số yêu cầu của điện cực điều khiển Tiristor. Để có xung có đủ các thông số yêu cầu cần thiết ta sẽ đưa vào hệ thống điều khiển một mạch điện có tác dụng sửa xung ra có biên độ và độ rộng không đổi mặc dù xung đầu vào thay đổi, gọi là mạch sửa xung. Các mạch sửa xung hoạt động theo nguyên tắc: Khi cú cỏc xung vào với độ dài khác nhau mạch vẫn cho các xung ra có độ dài giống nhau theo yêu cầu và giữ nguyên thời điểm bắt đầu xuất hiện của mỗi xung. Phụ thuộc vào từng trường hợp cụ thể mà mạch sửa xung có thể kết cấu tương đối phức tạp hoặc rất đơn giản, ví dụ có trường hợp mạch sửa xung chỉ là một mạch R-C ghép giữa khâu so sánh và mạch khuếch đại xung. Sau đây ta xét sơ đồ sửa xung dựng cỏc Tr kết hợp với mạch R-C, sơ đồ này có thể thực hiện sửa xung theo hai hướng (tăng độ dài khi độ dài xung vào nhỏ và ngược lại giảm độ dài khi độ dài xung vào lớn). +UCC + _- Tr2 D2 R7 R8 R6 ura(sx) uv(ss) Hình 2-8 C2 * Sơ đồ nguyên lý: urss t’3 t3 t1 t1 t3 t3 t1 t4 t3 t2 t1 wt wt wt wt ur uTr uc 0 0 0 0 Hình 2-9 t2 Trong đó: uv: là điện áp đầu vào của mạch, đú chớnh là điện áp (xung) ở đầu ra của khâu so sánh có hai mức bão hoà dương và âm, trong mạch sửa xung này hai phần tử R7 và C2 sẽ quyết định độ dài của xung ra. * Nguyên lý làm việc: Giả thiết điện áp đặt vào như hình vẽ 10. + Tại thời điểm wt < t1, D2 khoỏ nên cực gốc của Tr2 có thế dương đặt vào nhờ có R8 định thiên Tr2 mở bão hoà. Sụt ỏp trờn Tr2 rất nhỏ uTr2 » 0, do đó ura » 0. Tụ C2 được nạp theo đường: +uv ® C2 ®Tr2 ®-uv. Tụ C2 được nạp đầy đến giá trị uC2 =uv. + Tại thời điểm wt = t1 có xung âm xuất hiện ở đầu vào tụ C2 phóng điện theo đường: +C2® +uv® -uv® D2® -C2. Lúc này cực gốc của Tr bị đặt điện áp ngược có giá trị ½UC2½= 2½Ucc½nên Tr2 khoá lại. Khi C2 phóng hết nhưng chưa đúng thời điểm mà đầu vào có xung dương xuất hiện để mở Tr2 nên ura=0. + Tại thời điểm wt = t2 đầu vào xuất hiện xung dương, quá trình lặp lại như ban đầu. Vậy thời gian tồn tại được xác định theo biểu thức: txr = R7.C2.ln2. Như vậy ta thấy rằng, độ dài của một xung ra chỉ phụ thuộc vào giá trị của R7 và C2 mà hoàn toàn không phụ thuộc vào độ dài xung vào. Sơ đồ này có ưu điểm là có thể giữ nguyên độ dài xung ra khi độ dài xung vào có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn txr. 2.2.4. Chọn và phân tích mạch khuếch đại công suất xung và truyền xung. Để khuyếch đại công suất của xung điều khiển, hiện nay phổ biến nhất là các sơ đồ khuếch đại xung bằng Tranzitor và Tiristor. Tuy nhiên, các sơ đồ khuếch đại xung dùng Tranzitor được sử dụng phổ biến và dễ dàng thực hiện hơn. Trong các sơ đồ khuếch đại này người ta thường sử dụng sơ đồ cực phát chung và có từ 1 đến 2 tầng khuếch đại. Trong nhiều trường hợp để đơn giản cho kết cấu mạch ta sử dụng hai tranzitor ghép lại theo kiểu Đarlingtơn (mắc nối tiếp hai tranzitor) và mắc theo một tầng khuếch đại. Ở đây mạch khuếch đại xung ta dùng sơ đồ mắc theo kiểu đã nêu trên và đầu ra dựng mỏy biến áp xung BAX. Hai tranzitor Tr1 và Tr2 ghép theo kiểu Đalingtơn nhằm tạo ra hệ số khuếch đại dòng lớn theo sơ đồ phát chung (β) bằng tích hệ số khuếch đại dòng của hai tranzitor thành phần: β= β1.β2, với β1,β2 là hệ số khuếch đại dòng điện theo sơ đồ cực phát chung của Tr1 và Tr2. D1, D2, D3 là cỏc điụt bảo vệ cho tranzitor và BAX. * Sơ đồ nguyên lý: uđkT D4 +UCC Tr3 D3 Hình 2-10 Tr4 uv D5 * * G1 K1 W1 W2 Các điện áp uv và uđkT là điện áp vào tầng khuếch đại (là điện áp ra của mạch sửa xung hoặc mạch phân chia xung hoặc có trường hợp là điện áp ra của khâu so sánh) và điện áp điều khiển Tiristor (G, K là cực điều khiển và katụt của tiristor). t’1 uv uđkT 0 0 t1 t’2 t2 t’1 t1 t’2 t2 txv txr tbh t t Hình 2- 11: Đồ thị điện áp khi tbh ≥ txv * Nguyên lý hoạt động của sơ đồ: Nếu ta gọi thời gian tồn tại của một xung điện áp vào là txv, thời gian tồn tại của một xung điện áp ra là txr, thời gian tính từ lúc đóng một nguồn điện áp một chiều không đổi có giá trị bằng Ucc cho đến lúc từ thông lừi thộp mỏy biến áp xung đạt giá trị từ thông bão hoà (với giả thiết là không hạn chế về thời gian đóng nguồn và phía cuộn thứ cấp BAX vẫn mắc với điện cực điều khiển tiristor như trong sơ đồ hình 11) là tbh. Ta xét trường hợp tbh ≥ txv: + Từ t = 0 ữ t < t1 thì chưa có xung vào nên 2 Tranzitor chưa làm việc, không có dòng điện nào chạy trong cuộn sơ cấp BAX nên không có xung điện áp trên cuộn thứ cấp, tức là uđkT = 0 (chưa có tín hiệu điều khiển Tiristor). + Tại t = t1 xuất hiện một xung điện áp vào dương, dẫn đến Tr3 và Tr4 đều mở, giả thiết là mở bão hoà, trên cuộn dây sơ cấp BAX đột ngột được đặt điện áp bằng Ucc, xuất hiện dòng điện qua cuộn sơ cấp W1 của máy biến áp xung tăng dần (dòng qua W1 đi từ phía cực tính có dấu (*) sang phía không có dấu (*) dẫn đến trên cuộn thứ cấp xuất hiện một xung điện áp có cực tính dương ở phía có dấu (*). Xung trên cuộn thứ cấp đặt thuận lên D4 và truyền qua D4 đến điện cực điều khiển và katụt của Tiristor. + Đến t = t1’= t1 + txv thì mất xung vào, hai Tranzitor Tr3 và Tr4 cựng khoá lại, dòng qua cuộn sơ cấp sẽ giảm về bằng không, do sự giảm của dòng cuộn sơ cấp BAX nên từ thông trong lừi thộp BAX biến thiên theo hướng ngược lại lúc Tr3 và Tr4 mở dẫn đến trong các cuộn dây BAX xuất hiện xung điện áp với cực tính ngược lại. Xung trên cuộn thứ cấp làm khoá D4 nên không còn xung trên điện cực điều khiển của Tiristor, tức uđkT = 0, không có xung gửi tới Tiristor. Đảm bảo an toàn cho các Tranzitor và máy BAX người ta mắc song song với cuộn W1 điụt D3 và D5. D4 Tr3 D3 Tr4 uv D5 * * Tr2 D2 R R8 C2 * R1 +Ucc -Ucc Tr1 - R2 R3 * BAĐ C1 WR1 IC2 R4 R5 R6 - + R9 udkT1 IC1 + D1 Hình 2-12 2.2.5. Sơ đồ mạch phát xung 2.2.6 Thiết kế mạch tổng hợp và khuếch đại tín hiệu Do hệ thống đòi hỏi chất lượng cao nên ta phải sử dụng các tín hiệu phản hồi. Vì vậy, cần phải có mạch tổng hợp các tín hiệu đó lại. Mạch khuếch đại trung gian gồm có: + Khâu tạo điện áp chủ đạo. + Khâu tổng hợp tín hiệu. + Khâu phản hồi âm dòng điện. + Khâu tổng hợp tín hiệu phản hồi âm tốc độ. Cỏc khâu này đều sử dụng các vi mạch thuật toán kết hợp với các linh kiện liên quan nên tín hiệu ra tuyến tính so với tín hiệu vào thông qua hệ số khuếch đại. Trong truyền động điện người ta thường thực hiện các mạch vòng điều chỉnh tốc độ và dòng điện riờng nờn ta chỉ cần tổng hợp tín hiệu chủ đạo và phản hồi tốc độ ở khâu tổng hợp. IC3 + - IC4 + - IC5 + -Ucc WR2 R20 R19 C5 +Ucc -Ucc R21 -Ucc WR3 R18 R16 R17 R15 C4 +Ucc -Ucc +Ucc -Ucc C3 R12 R11 R10 R13 R14 D6 uđk Tr5 Hình 2-13 Để đảm bảo tính chính xác của việc tổng hợp ta dựng cỏc vi mạch điện tử. Sơ đồ của khối tổng hợp và khuếch đại như hình vẽ. - 2.3. MỘT SỐ MẠCH KHÁC Hình 2-14 2.3.1. Thiết kế mạch tạo nguồn nuôi Để tạo điện áp một chiều dùng làm nguồn nuôi cho các thiết bị trong mạch điều khiển cũng như nguồn chủ đạo, hiện nay phổ biến nhất là sử dụng các IC ổn áp. Với yêu cầu của đề tài này ta sử dụng hai loại IC là IC7815 và IC7915 để tạo điện áp ± Ucc = ± 15(V) . Nguồn nuụi dựng biến áp hạ áp từ điện áp lưới xoay chiều xuống điện áp cần thiết rồi được chỉnh lưu thành dòng một chiều nhờ bộ chỉnh lưu điụt sử dụng hai sơ đồ hình tia 3 pha không điều khiển (dựng cỏc điốt mắc ngược nhau). Điện áp đầu ra được ổn định và lọc, san phẳng nhờ các IC ổn áp và các tụ hoá (lọc) một chiều. Hai nguồn điện áp ra có giá trị ± 15 (V) được mắc song song có điểm chung nối đất. Hai nguồn này sẽ nuôi cho các vi mạch và làm nguồn điện áp ngưỡng. 2.3.2. Khối tạo điện áp chủ đạo -Ucc R18 WR3 R16 Hình 2-15 Khối tạo điện áp chủ đạo chỉ yêu cầu công suất nhỏ nên ta lấy trực tiếp từ nguồn – Ucc và dùng biến trở chủ đạo WR3 để lấy Ucđ. 2.3.3. Khâu phản hồi âm tốc độ. WR4 + - FT Hình 2-16 Để nâng cao độ cứng đặc tính cơ biện pháp tốt nhất là sử dụng phản hồi âm tốc độ. Tốc độ động cơ được truyền đến máy phát tốc. Máy phát tốc là một máy phát điện một chiều có điện áp ra tỷ lệ với tốc độ động cơ. Tín hiệu phản hồi được lấy trên WR4 đưa vào khâu tổng hợp tín hiệu. 2.3.4. Khâu phản hồi âm dòng điện Để tránh dòng điện trong động cơ tăng quá mức cho phép khi khởi động, hãm, đảo chiều hay gặp quá tải; ta phải sử dụng một thiết bị để hạn chế dòng điện phần ứng. Ở đây ta sử dụng mạch phản hồi âm dòng điện. Sơ đồ mạch như hình vẽ sau: Hình 2-17 TI CL WR6 BI R10 R11 R12 C3 +ucc XXXXXXXXXXXX Máy biến dòng TI nhằm cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển. Điện áp ra của TI được chỉnh lưu nhờ chỉnh lưu hình tia 3 pha (để đảm bảo cho dòng điện trong cuộn thứ cấp của TI là dòng điện một chiều). Tín hiệu phản hồi dòng điện được lấy trên WR5. 2.3.5. Khối cải thiện chất lượng động của hệ thống Chỉ tiêu chất lượng trạng thái động của hệ thống bao gồm hai chỉ tiêu: tính năng bám và tính năng chống nhiễu. * Tính năng chống nhiễu trạng thái động: - Chống nhiễu phụ tải. - Chống nhiễu điện áp mạng. Hai nhiễu trờn đó được khắc phục bởi mạch vòng phản hồi âm tốc độ và mạch vũng õm dòng điện. * Tớnh năng bám trạng thái động: - Lượng quá điều chỉnh: phản ánh tính ổn định tương đối của hệ thống. - Thời gian quá độ: đánh giá mức độ nhanh hay chậm của quá trình điều khiển. - Số lần dao động: n ≤ 3 tính từ khi lượng đầu vào bắt đầu biến đổi nhảy vọt đến lượng đầu ra hoàn toàn ổn định. Hệ thống điều tốc nói chung lấy yêu cầu ổn định và chuẩn làm đầu, yêu cầu đối với độ nhạy đặt sau. Vì vậy thường dùng bộ điều chỉnh PI. Ta có sơ đồ sau: Hình 2 -18 2. 4 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 2.4.1. Ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị Trong kỹ thuật việc tính chọn thiết bị có ý nghĩa rất quan trọng quyết định có đưa hệ thống vào làm việc hay không, nếu chọn thiết bị có công suất lớn hơn yêu cầu sẽ gây lãng phí về thiết kế dẫn đến giá thành cao. Còn nếu chọn thiết bị có công suất nhỏ hơn yêu cầu thì dẫn đến hệ thống luôn làm việc trong tình trạng quá tải làm giảm tuổi thọ. Vì vậy việc tính chọn phải thoả mãn cả yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật và nó trở thành một bước không thể thiếu khi thiết kế. Nếu tính chọn thiếu chính xác thì hệ thống có thể làm việc kém chất lượng hoặc không làm việc được. Vì vậy việc tính chọn thiết bị phải đáp ứng được các yêu cầu sau: - Về mặt kỹ thuật: Phải đảm bảo yêu cầu công nghệ và các thông số phù hợp với thiết bị. - Về mặt kinh tế: Các thiết bị được chọn trong khi thoả món cỏc yêu cầu kỹ thuật phải bảo đảm có chi phí mua sắm hợp lý. 2.4.2. Tính chọn thiết bị mạch động lực 2.4.2.1. Tính chọn động cơ Theo yêu cầu của đề tài, động cơ truyền động hệ thống được chọn với các thông số sau: Điều kiện: nđmđ/cơ ≥ ny/c ( =1500 v/ph) Pđmđ/cơ ≥ Py/c ( = 11KW) Ta có bảng sau: Mã hiệu Pđm [kW] Uđm [V] Iđm [A] nđm [v/ph] Rư [Ω] Lư [H] GD2 [kg,m2] Π-61 11,0 220 59,5 1500 0,197 0,014 0,56 Hệ số của động cơ: KĐ = = n đm/(U đm- I đm.Rưưå) = 1500 / (220 – 59,5.0,197) = 7,202 2.4.2.2. Tính chọn máy biến áp động lực Như ở phần thiết kế, ta chọn máy biến áp động lực có tổ nối dây là Y/Yo. Máy biến áp được chọn theo điều kiện: (1) SđmBA ≥ Stt I1fđm ≥ I1đm I2fđm ≥ I2đm U2fđm ≥ Ku.Kα.KR.Ka.Uđm * Chọn điện áp định mức thứ cấp: U2fđm ≥ Ku.Kα.KR.Ka.Uđm + U2fđm: Điện áp pha cuộn dây thứ cấp (Uđmđ/cơ = 220V). + Ku: Hệ số xét tới ảnh hưởng khả năng dao động trong phạm vi cho phép của điện áp lưới. Thường lấy Ku = 1,05 ữ 1, 1. Ta chọn Ku = 1,05. + Kα: Hệ số do mạch tạo xung không tạo được góc mở α = 0. Ta chọn: Ka = 1,15 + KR : Hệ số xét tới sụt ỏp trờn điện trở thuần của máy biến áp, trên điện cảm cuộn dây thứ cấp máy biến áp, do chuyển mạch, sụt ỏp trờn dây nối và cuộn khỏng, trờn cỏc van. KR thường được chọn KR = 1,15 ữ 1,25. Ta chọn KR = 1,15. + Ka: Hệ số phụ thuộc sơ đồ chỉnh lưu. Ka = = =0,855 Ta thay các giá trị hệ số vào ta được: U2fđm ≥ 0,855. 1,05.1,15.1,15.220 = 261 [V] Vậy ta chọn U2đm = 270 (V). * Chọn giá trị dòng hiệu dụng của dòng pha thứ cấp: với I2đm = [A] Trong đó: Id = KIIđm KI = 1,1ữ 1,2 Chọn KI = 1,15 [ A] * Chọn giá trị dòng hiệu dụng của dòng pha sơ cấp: [A] với là tỉ số máy biến áp. * Cụng suất máy biến áp là: S = (S1 + S2)/2 = (3U1BA.I1BA + 3U2BA.I2BA)/2 = 32071,5 [VA] Với S1 = 3U1BA. I1BA = 3.380.28,2= 32148[VA] S2 = 3U2BA. I2BA = 3. 270. 39,5 = 31995 [VA] Dựa vào số liệu đó tớnh ở trên ta chọn máy biến áp cú cỏc số liệu sau: Sđm [kVA] U1đm [V] U2đm [V] I1đm [A] I2 đm [A] KBA 32071,5 380 270 28,2 39,5 1,4 2.4.2.3. Tính chọn Tiristor: Tiristor là một thiết bị bán dẫn vì vậy muốn các Tiristor làm việc ổn định và tin cậy thì ta phải tính chọn nó theo các điều kiện về dòng điện và điện áp. + Điều kiện về dòng điện: ITtb ≥ Ki.ITtbmax + Điều kiện về điện áp: Ungmax ≥ Ku.U2 Chọn theo điều kiện dòng điện: [ITtb] ≥ Ki.ITtbmax Trong đó: Ki là hệ số dự trữ dòng điện qua van KIT = 1,5ữ4 chọn Ki = 2 ITtbmax = [A] [ITtb] ≥ KiT.ITtbmax = 2.22,89 = 45,6 [A] Chọn theo điều kiện điện áp: Sơ đồ mạch chỉnh lưu là hình tia 3 pha do đó điện áp mà các van phải chịu là điện áp dây có giá trị bằng U2f. Ungmax ≥ Ku.U2 Trong đó: Ku là hệ số dự trữ về điện áp, ta chọn Ku = 1,5 → Ungmax ≥ 1,5..270 = 992,04 (V) Dựa trên cơ sở tính toán về điều kiện dòng điện và điện áp ta chọn Tiristor cú cỏc thông số sau: Mã hiệu IaT [A] Uim [V] Ig [A] Ug [V] du/dt (V/às) di/dt (A/às) T - 50 50 1000 0,3 7 20 10 2.4.2.4 Chọn điện trở hãm động năng: Khi hãm động năng động cơ kích từ độc lập ta cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào đó một điện trở RH. Tuỳ vào giá trị của RH mà thời gian hãm nhanh hay chậm. Tại thời điểm đóng cắt ban đầu, do quán tính cơ nên tốc độ chưa kịp thay đổi nên: Ehbđ = k.Φ.ωhbđ = Ed = -Uđm Ihbđ = = = Về mặt kỹ thuật, để đảm bảo an toàn cho động cơ thì ta chọn điện trở hãm sao cho dòng điện hãm ban đầu nằm trong giới hạn cho phép IH=(2¸2.5)Iđm động cơ. Chọn IH = 2,5 Iđm = 2,5.59,5= 148,75 [A] RH= = = 2,195 (W). 2.4.2.5. Tính chọn cuộn kháng san bằng Cuộn kháng san bằng có tác dụng san bằng điện áp đập mạch, lọc thành phần sóng hài bậc cao, duy trì dòng điện khi Ti dẫn gián đoạn. Để đơn giản trong tính toán ta bỏ qua điện trở cuộn khỏng (ô1) nờn cuộn kháng làm việc theo dòng lớn nhất của động cơ. Cuộn kháng được chọn phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Đảm bảo cho bộ chỉnh lưu làm việc liên tục trong một giới hạn cho phép. - Hạn chế dòng xoay chiều bậc cao không quá ( 3ữ 5) % Iđm . + Cảm kháng: L∑ = = LưΣ + Lck +LBA Trong đó: m=3 là tần số đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong 1 chu kỳ nguồn xoay chiều với sơ đồ hình tia 3 pha. ω = 314 là vận tốc góc của điện áp nguồn. Io= 5% Iđm là dòng không tải lý tưởng. Lư =0,014 (H) Ucb là biên độ sóng hài cơ bản của điện áp chỉnh lưu. Ucb = Chọn α = và thay số vào ta có: Ucb = = 172,61 (V) L∑ = = 0,087 (H) LBA = với Ukp% = 0,1 là sụt áp trên đầu dây quấn MBA vb LBA = = = 0,0036 (H) Lck = L∑ - LưΣ - LBA = 0,087 - 0,014 - 0,0036 = 0,0694 (H) +) Điện trở cuộn kháng: Rck = 2%. = 0,02. = 0,074 (W) Điện kháng rơi trên điện trở cuộn kháng: ∆URck = Iđm. Rck = 59,5. 0,074 = 4,4 (V) Điện áp rơi trên cuộn cảm của cuộn kháng: ∆UXck = Iđm. 2. .Lck =59,5.2. 3,14. 0,074 = 13,825 (V) 2.4.2.6.Tính chọn R-C bảo vệ Tiristor trong mạch động lực Mạch R-C mắc song song với Tiristor có tác dụng để bảo vệ quá gia tốc du/dt cho các Tiristor khi xảy ra quá độ trong mạch. Bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên. Đồng thời mạch R-C còn có tác dụng bảo vệ dòng điện chạy ngược qua van. Khi đó dòng điện sẽ được phóng qua tụ và tiêu tán trên điện trở R. Ta thực hiện tính chọn theo biểu thức sau: C = ( àF) R = (Ω) Trong đó: ITo là dòng qua van trước khi chuyển đổi. ITo = kqt. ki. kd .Iđm kqt= 1,13 : hệ số quá tải cho phép kd = 1,05: hệ số dự trữ dòng ki = 1/= 0,58: hệ số dòng điện phụ thuộc vào sơ đồ ITo = 1,13. 1,05. 0,58 .59,5 =40,95 (A) ITđm = 50 (A): dòng định mức qua van Ungmax = 1000 (V): điện áp ngược lớn nhất qua van. Vậy ta có: C = = 0,456 ( àF) R = = 200 (Ω) 2.4.2.7 Chọn ỏptụmỏt bảo vệ Theo yêu cầu của đề tài ta chọn ỏptụmỏt để bảo vệ quá tải và quá nhiệt cho động cơ. Điều kiện chọn Áptụmỏt: - Điện áp định mức: UđmA³Uđm.mạng= 380 (V) - Dòng điện định mức: IđmA³ Ilvmax chọn ATM có thông số sau: Mã hiệu IđmA (V) Uđm (A) Icđmbv (KA) Itđtt (KA) Số cực A3110 400 500 80 800 3 2.4.2.8 Tính chọn máy biến dòng điện Điều kiện chọn : Uđm(BI) U mạng Iđm(BI) Ilvmax Vậy ta chọn máy biến dòng do công ty thiết bị đo điện chế tạo cú cỏc thông số sau: Mã: BD37 Isc : 200(A) Itc : 5(A) Dung lượng: 10(VA) Cấp chính xác: 0,5 Trọng lượng: 1,34(kg) 2.4.2.9 Tính chọn máy phát tốc Máy phát tốc là một thiết bị nối đồng trục với động cơ dùng để lấy phản hồi âm tốc độ. Căn cứ vào tốc độ định mức của động cơ và sai lệch tĩnh của hệ thống ta chọn máy phát tốc cú cỏc thông số sau: Mã hiệu Pđm (W) Uđm [V] Iđm [A] nđm [v/p] RưΣ (A) ΠT32/1Υ4 115 230 0,5 1200 4,8 Vì máy phát tốc nối cứng trục với động cơ mà chúng không cùng tốc độ nờn chỳng thông qua hộp tốc độ tỷ số truyền từ động cơ tới máy phát tốc là: i = = = 0,8 Chọn γ = Uv = Ucđ - γ.n < Uvbh đối với IC ≈ 0,4 mV Chọn Ucđ = 12V γ = = = 0,008. 2.5. Tính toán mạch điều khiển 2.5.1.Tính chọn khâu tạo điện áp chủ đạo Chọn biến trở: R30 = 4,7 KΩ công suất tiêu tán trên biến trở là: PR30 = = 0,0478 (W) Chọn : R30 = 4,7 KΩ, 1w 2.5.2. Tính chọn khâu phản hồi âm tốc độ Căn cứ vào tốc độ định mức của động cơ và sai lệch tĩnh của hệ thống ta chọn máy phát tốc cú cỏc thông số sau: Kiểu Uđm (V) Iđm [A] nđm [v/p] Rư [Ω] Pđm (W) PT32/1Y4 230 0,5 1000 7,34 115 Căn cứ vào tốc độ định mức của máy phát tốc và của động cơ ta chọn bộ truyền bánh răng có tỷ số truyền i = 2 để truyền tốc độ từ động cơ đến MFT. Điện trở mạch ngoài của MFT: R31 ≥ = = 460 (Ω) Điện áp phản hồi lấy ra là 12V từ đó ta chọn R31 = 47KW , 2w Hệ số phản hồi tốc độ: Khi tốc độ động cơ là định mức thì điện áp ra là 12V. Do đó hệ số phản hồi tốc độ γ được tính: 2.5.3. Tính chọn BAX Tỷ số biến áp xung thường là: n == 2¸3 Ta chọn n = 3 Để đảm bảo Tiristor mỗi khi điện áp lưới dao động ta chọn : U2 = 8 (V) ; I2 = 2 (A). Thời gian mở Tiristor: tm = 20 (mS) Độ rộng xung điều khiển: tx =2.tm = 40 (mS) -Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp BAX (Biến áp xung ): U1 = n.U2 = 3.8 = 24 (V) -Dòng sơ cấp BAX: Hình 2.19 I1= (A). -Chọn vật liệu sắt từ '330 hình chữ nhật [I] làm việc trên một phần của đặc tính từ hoá: DB = 0,7(T) ; DH = 50 (A/m) Từ thẩm của lõi sắt từ là: m = (H/m) với m0 = 1,25.10-6 (H/m) Vì mạch từ có khe hở nên phải tính từ thẩm trung bình sơ bộ chọn chiều dài đường sức l = 0.1(m). Khe hở lkh = 10-5 (m) mTB = (H/m) Thể tích lừi thộp: V =Q.l = V = (m3) Với Q là tiết diện lõi sắt. Tra bảng 5-5 trang 192 (ĐTCSL) ta sẽ được các kích thước: Q = 0,69 (cm2); L = 7,2 (cm); a = 0,9 (cm) ; h = 2,25 (cm). c = 0,9 (cm); b = 0,9 (cm); H = 3,6 (cm); P = 2 (W). - Số vòng cuộn sơ cấp BAX: (vòng) Chọn W1= 26 (vòng). - Số vòng cuộn thứ cấp BAX: W2 = (vòng). 2.5.4. Tính chọn khâu khuếch đại xung Căn cứ vào dòng sơ cấp BAX là I1 = 0,6 A ta chọn Tr là loại A1013 có: Pk = 900(mW) f = 15 (MHz) UCE0 = 160(V), Ucb = 6(V) Ik = 1(A), β = 60; Nhiệt độ làm việc max là t0max = 1500C. Tr làm việc ở chế độ xung. Tất cả cỏc điụt mạch điều khiển đều dùng loại: 1N4009 có tham số: Iđm=10A; UN=25V; Um=1V 2.5.5. Tính chọn mạch tạo điện áp răng cưa * Ta sử dụng các KĐTT trong mạch điều khiển là loại TL084 cú cỏc thông số sau: + Điện ỏp nuôi ± 15(V) + Hiệu điện thế giữa cổng đảo và cổng không đảo là ± 30 (V) + Nhiệt độ làm việc từ 250C ¸ 850C; *Mỗi chiếc TL084 được bao gói và mó hoỏ như hình vẽ: - Điện áp ra bão hoà KĐTT có thể lấy là: çURbhç = │ çUCCç- ç2ç‌│‌ Ta nuôi KĐTT bằng nguồn 15V, để cho điện áp răng cưa được chính xác thì trong suốt thời gian tụ C được nạp điện áp đầu ra phải không đạt tới trị số bão hoà. Chọn điện áp ur max = 12V ta có: ur = uC 1 = iC 1.t /C với iC 1= 15/( R3+R4) Hình 2-20 Ta tính toán R3 , R4 sao cho với thời gian t = 1/ 50 (s) thì iC1= 12V Chọn C = 0,22mF , ta tính được: Chọn R3 = 10 KW ; R4= 4,7KW ta chỉnh R4 để đạt được ur max= 12V. Chọn Tr1 là loại A564 A có UC E= 60V; b = 200 ; PK= 250mW ; IC=100 mA Chọn R1= 4,7 KW ; R2 = 68 KW Tr4, Tr5 đều chọn là loại A1015. Điện trở R được tính: R ≥ 15/ IC Tr4 = 15/ 0,15 = 100W ; chọn R = 1 KW; Ro = 4,7KW. 2.5.6. Tính chọn khâu tạo điện áp đồng bộ Chọn biến áp đồng bộ là biến áp đấu Δ/Υo; điện áp pha thứ cấp: U2fđm = 24V. Trên biến áp đồng bộ cũng đặt luụn cỏc cuộn dây tạo điện áp nguồn nuôi cho mạch điều khiển. Ta biết công suất mỗi BAX là 7 W, có 6 BAX sử dụng công suất nguồn nuôi; đồng thời cũng tính đến công suất nuôi cho các khối khác như khuếch đại, so sánh, phản hồi…Như vậy sơ bộ chọn công suất của biến áp đồng bộ là 100VA, điện áp pha thứ cấp là U2fđm = 24V. Chọn các tụ lọc C1¸C7 là 2000àF, 30V. 2.5.7. Tính chọn khâu tổng hợp tín hiệu Khâu tổng hợp tín hiệu chỉ có nhiệm vụ tổng hợp tín hiệu mà không yêu cầu có hệ số khuếch đại lớn. Sơ bộ chọn hệ số khuếch đại của khâu bằng 2; các giá trị điện trở sẽ được xác định khi hiệu chỉnh xong hệ thống. 2.5.8. Tính chọn khâu hạn chế góc mở của bộ biến đổi Từ hình vẽ ta thấy được quan hệ: α = α = với Urcmax = 12V Ở phần trước ta đã chọn αmin = 30o do đó góc α phải ≥ 30o. Tức là: ≥ → uđk ≤ 4V Điện áp điều khiển lấy ra trên R432 được tính như sau: uđk = uTGR432 / (R23 + R43) ; với uđk max = 4V; uTG max = 13V → khc = uđk / uTG = 0,3 Cuối cùng ta chọn được R23 = 500W; R43 = 10KW; 2W 2.5.9. Xác định hệ số khuếch đại bộ biến đổi và vẽ quan hệ Ud = f(uđk) Để xác định hệ số khuếch đại bộ biến đổi ta đi xác định quan hệ Ud= f(Uđk) sau đó tuyến tính hoá đoạn đặc tính làm việc ra đặc tính hệ số góc của đoạn đặc tính đó. - Đặc tính quan hệ Ud = f(a): Cho a biến thiên từ 0¸p/2 ta tính được các giá trị của của Ud: Ud = 1,17.U2.cos a = Udo. cos a = 1,17.270cos a = 316cosα Kết quả ghi trong bảng sau: a 0 p/12 p/6 p/4 p/3 5p/2 p/2 cos (a) 1 0,965 0,86 0,7 0,5 0,25 0 Ud 316 304,94 271,76 221,2 158 79 0 Đặc tính quan hệ: a = f(Uđk) Ta đã biết góc mở a phụ thuộc vào điện áp Uđk, ứng với mỗi giá trị của Uđk ta có những thời điểm mở van khác nhau, giá trị của a tuân theo quy luật: a = Uđk = Upm() Trong đó : Upm là biên độ cực đại của điện áp răng cưa Upm = 12(V) Cho a tăng từ 0¸p/2 ta tính được Uđk = 12.(1- 2α / π ) (*) theo bảng sau: a 0 p/12 p/6 p/4 p/3 5p/12 p/2 Uđk(V) 0 0.83 1,67 2,5 3,33 4,17 5 Đặc tính quan hệ Ud = f(U đk) từ hai quan hệ trên ta có bảng sau: a 0 p/12 p/6 p/4 p/3 5p/12 p/2 Uđk (V) 0 0,83 1,67 2,5 3,33 4,17 5 Ud (V) 316 304,94 271,76 221,2 158 79 0 Từ bảng trên ta xây dựng được đường đặc tính thể hiện mối quan hệ Ud = f(Udk) như sau: Ta có: Uđm = 220 = 316.cosa → cosa = 0,696→ a = 45,87o Thay vào phương trình (*) ta được: Uđk = 12.(1- 2α / π )= 10,05 Mặt khác dải điều chỉnh điện áp theo đề tài đã cho là D = 1500 nên ta có: = = 316.cosa → cosa = 0,0005 → a = 89,97o Thay vào phương trình (*) ta được: Uđk = 12.(1- 2α / π ) =0,004 Tuyến tính hoá đoạn đặc tính ta được hệ số khuếch đại bộ biến đổi như hình vẽ: kBBĐ = kP = = = 67,65 Ta có đồ thị biểu diễn quan hệ Ud = f(Udk): 304,94 316 271.76 221.2 158 79 0 0.83 1.67 2.5 316 3.33 Uđk Ud Hình 2-21 2.5.10 Tính hệ số khuếch đại bộ khuếch đại trung gian Ta có: → → ứng với đặc tính thấp nhất → st là lớn nhất. → Δn = nomin. St → → Δn = = a (1) Thay số vào pt ta có: Δn = 0,053 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống ở chế độ tĩnh (bỏ qua khâu hạn chế dòng): kTG kπ kĐ g IưRå Ucđ (-) (-) n Trong đó : kTG: Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại trung gian. kπ ( kBBĐ): Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi. kĐ : Hệ số khuếch đại của động cơ. g :Hệ số khuếch đại của khâu phản hồi âm tốc độ. Ta có hàm truyền hệ thống: n = [( Ucđ – γn). kTG.kBBĐ - (Rư + RBBĐ ).Iư] .kĐ → . Iư. k Đ = no – Δn (Iư) → = a (2) Trong đó: kĐ = = = 7,2 - Chọn γ: Uv = Ucđ – γ .n ≤ Uvbh ≈ 0 → IC ≤ 0,4 mV Chọn Ucđ max = 12V → γ = = = 0,008. Từ (1) và (2) ta có: Δn = = Đặt k = kBBĐ. kTG. KĐ là hệ số khuếch đại của toàn hệ thống. → k = (*) Với kĐ = 7,2 kBBĐ = 67,65 Iưđm = 59,5 A R∑ = Rư + RBA + RT + RBA = Kr: Hệ số phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu và đặc điểm tải. Chọn Kr = 2,5 C : Số trụ của máy biến áp f : 50Hz Bm : Độ tự cảm . Chọn Bm : 1,1 (T) Vậy RBA = = 0,056 (Ω) + RT = ( tra bảng Tiristor IđmT = 50A) = = 0,0034 (Ω) → R∑ = Rư + RBA + RT = 0,197+ 0,034+ 0,056 = 0,361 (Ω) D = 80 St = 5% = 0,05 γ = 0,008. Thay số vào (*) ta có: k = = 19464 Hệ số khuếch đại trung gian: k = kBBĐ. kTG. kĐ → kTG = = = 39,96 Chon KTG = 40 CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĨNH VÀ ĐẶC TÍNH ĐỘNG Truyền động điện cũng như bất kỳ hệ thống nào khác có thể ổn định hoặc không ổn định. Một hệ thống ổn định nếu khi trạng thái cân bằng của nó bị phá vỡ, hệ thống sẽ trải qua một quá trình quá độ nhất định rồi đạt tới trị số xác lập mới. Ngược lại, khi hệ thống không ổn định thì sau khi trạng thái cân bằng của nó bị phá vỡ thỡ cỏc đại lượng của nó sẽ tăng vô hạn hoặc giảm về không mà không thể lặp lại được trạng thái cân bằng mới. Đối với hệ thống TĐĐ người ta chia làm hai khái niệm là ổn định tĩnh và ổn định động. Đặc tính tĩnh có bản chất là mô tả chất lượng tĩnh, sai số tốc độ, độ trơn điều chỉnh của hệ thống qua giá trị độ cứng đặc tính. Việc xây dựng đặc tính dựa theo quan hệ giữa tốc độ và dòng điện n = f(I) và M = k.Φ. I mà kΦ = const. Do hệ thống của ta các phần tử làm việc ở vùng phi tuyến và vùng tuyến tính cho nên khi xây dựng đặc tính cơ cần phải có giả thiết sau: + Động cơ làm việc dài hạn với mạch từ chưa bão hoà. + Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi = const. + Tiristor là phần tử bán dẫn tác động nhanh không có quán tính. + Điện trở phần ứng động cơ không thay đổi trong suốt quá trình làm việc. 3.1 SƠ ĐỔ CẤU TRÚC TĨNH CỦA HỆ: Từ sơ đồ nguyên lý của hệ thống ta có sơ đồ cấu trúc tĩnh: (-) kTG g kπ kĐ IưR∑ (-) n Ucđ β Hình 3.1 Trong đó : Ucđ : là điện áp chủ đạo. KTG : là hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại trung gian. kπ : là hệ số khuếch đại của bộ biến đổi. kĐ : là hệ số khuếch đại của động cơ. kI : là hệ số phản hồi của khõu õm dũng cú ngắt. Xây dựng đặc tính cơ điện của toàn hệ thống ta có: Ud = [(Ucđ - gn).kTG- kI(I - Ing)] .kπ Mặt khác : n = Mà : = kĐ Þ UĐ = Thay giá trị UĐ vào biểu thức trên ta được : n = Đặt k = kπ .kĐ .kTG : Là hệ số khởi động toàn hệ. n = → Đây là phương trình đặc tính cơ điện của hệ. 3.2.XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH 3.2.1 Xây dựng đường đặc tính cao nhất. Ta biết rằng tốc độ lớn nhất của động cơ thường được giới hạn bởi độ bền cơ học của phần quay của động cơ, ở tốc độ cao thì bộ phận này chịu tác động của lực điện khá lớn nên có thể bị hỏng. Hơn nữa, lúc này tia lửa điện giữa chổi than và vành góp có thể làm hỏng vành góp. Để đảm bảo an toàn cho hệ thống khi làm việc lâu dài thì đường đặc tính cao nhất phải là đường ứng với tốc độ định mức của động cơ n = 1500 (v/ph). Đặc tính được xác định bởi hai điểm: điểm không tải lý tưởng và điểm định mức. Xác định điểm không tải lý tưởng: Phương trình đặc tính: . Iư. k Đ Đặt k = KBBĐ. KKĐ. KĐ R∑ = Rư + RBBĐ (*) → Đường đặc tính cao nhất đi qua điểm định mức (Iđm, nđm) nên ta tính được: = 12,085 (V). + Tốc độ không tải lý tưởng (điểm ứng với giá trị Iư = 0) = = 1500,986 (v/ph) Ta đặt : Ing = 1,2.Iđm = 1,2. 59,5 = 71,4 (A) Thế vào phương trình trên ta được: nng===1499,8 (v/p) Vậy đường đặc tính cơ cao nhất đi qua 2 điểm: A ( Iođmmax , nođmmax ) = ( 0; 1500,896) B ( Iđm , nđm ) = (71,4; 1499,8) 3.2.2 Xây dựng đoạn đặc tính thứ hai: Khi dòng điện của động cơ tăng đến giá trị I = Ing lúc này mạch cú thờm phản hồi âm dòng điện tác động, nhưng lúc đó mạch phản hồi âm tốc độ chưa đến mức bão hoà, tức là đoạn này có sự tham gia của cả phản hồi âm tốc độ và phản hồi âm dòng điện tác động. Đoạn đặc tính này đi qua hai điểm B và C. Tại điểm C lúc này phản hồi âm tốc độ đó bóo hoà, vì vậy ta có: (Ucđ - g.n )Kn =Urbh Ta có : Uvbh = Ucđmax - g.nng =12,085 - 0,008.1499,8 =0,086 (V) Ta lại có: Uvbh = Urbh/Kn Þ Kn = Urbh / Uvbh Chọn Urbh =14 V Þ Kn = 14/0,086 = 151,163 Þ KI = KTG/Kn = 39,96/151,163= 0,2644 Tốc độ bắt đầu bão hoà: nbh = (Ucđ.Kn-Ubh)/g.Kn= (12,085.151,163-13)/0,008.151,163 = 1499,875(v/ph) Tính chọn để khi khởi động: Ikđ =2,2.Iđm= 2,2.59.5 = 130,9 A Ta có: .Ing = Ungưỡng Chọn Ungưỡng =10 V Þ = 0,14 Với giá trị của nbh và: Ibh = ((Ubh+.Ing).kI.kπ.kĐ - nbh)/((Rå+.kI.kπ).kĐ) Þ Ibh = 77,1 (A) Trong đó: kπ : Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi kπ = 67,65 kĐ : Hệ số khuếch đại của động cơ. Ibh : Dòng điện tại đó khâu phản hồi âm dòng điện bão hoà nbh : Tốc độ động cơ mà tại đó khâu phản hồi âm tốc độ bão hoà kI : Hệ số khuếch đại của khâu phản hồi âm dòng điện Ing : Là dòng điện mà tại đó khâu phản hồi âm dòng điện bắt đầu tác động. Kn : Hệ số khuếch đại của khâu phản hồi âm tốc độ IĐ : Dòng điện mà tại đó tốc độ động cơ bằng không. IĐ = 2,2.Iđm = 2,2.59,5 = 130,9 (A) Vậy đoạn đặc tính thứ hai của đặc tính cơ đi qua hai điểm B và C có toạ độ như sau: B (71,4 ; 1499,8) và C (77,1 ; 1499,875) 3.2.3 Xây dựng đoạn đặc tính thứ ba Đoạn thứ ba của đặc tính đi qua hai điểm: C(77,1 ; 1499,875) và D(130,9 ; 0) 3.2.4. Xây dựng đường đặc tính thấp nhất với điểm định mức có tọa độ (Iđm; ) Dải điều chỉnh D = 80 nên tốc độ định mức ứng với đường đặc tính cơ thấp nhất là: nđmmin = = = 19 (v/ph) → → = 0,161 (V) Điểm không tải lý tưởng: Iođm min = 0 = = 20 (v/ph) Điểm cuối của đường đặc tính này: Tại điểm bão hoà ta có : (Ucđmin - .nbhmin).Kn = Urbh nbhmin = = 9,375 (v/ph) Ibhmin = =128,8 (A) Vì hệ thống là điều áp nên độ sụt tốc độ tuyệt đối Dn của các đường đặc tính cơ điện là như nhau. Điểm ngắt Ing luôn luôn không đổi với mọi đường đặc tính cơ. Điểm bão hoà Ibh luôn nằm trên đường đặc tính cơ thứ ba. Vậy ta vẽ được đặc tính tĩnh của hệ như sau: A’ (0; 20) B’ (71,4; 19) C’ (40,15; 18,99) D’ (128,8; 9,375) E’ (130,9; 0) 3.3 KIỂM TRA SAI LỆCH TĨNH CỦA HỆ THỐNG Để kiểm tra sai lệch tĩnh ta kiểm tra độ sụt tốc độ tương đối st trên đường đặc tính cơ thấp nhất vì ứng với đường đặc tính này độ sụt tốc độ là lớn nhất. D = = = D = 80 = = 0,05 % < st = 5 % Vậy hệ thống thoả mãn yêu cầu st < [st%] = 5 % 130,9 I (A) n (v/p) 1500,896 1500 1499,97 1499,1 9,375 19, 20 18,99 0 A’ A B D’ B’ D 128.8 71,4 77,1 C’ Hình 3-2 3.4 MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG Trong quá trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động, do nhiễu loạn bên ngoài mà hệ thống có thể bị mất cân bằng so với định mức. Một hệ thống được gọi là ổn định nếu quá trình quá độ là tắt dần theo thời gian. Hệ thống không ổn định nếu quá trình quá độ tăng dần theo thời gian. Hệ thống ở biên giới ổn định nếu quá trình quá độ không đổi hoặc dao động tắt dần. Xét ổn định hệ thống là xem hệ thống đú cú ổn định hay không để từ đó ta tiến hành hiệu chỉnh hệ thống đảm bảo yêu cầu tin cậy, đạt được các yêu cầu mong muốn. Trong hệ thống, thiết kế các phần tử nói chung đều là phi tuyến song một cách gần đúng trong phạm vi cho phép ta có thể tính toán các phần tử của hệ thống và sử dụng các tiêu chuẩn của hệ tuyến tính để xét ổn định cho hệ tuyến tính đó. * Thành lập sơ đồ cấu trúc hàm truyền của hệ thống 3.4.1. Bộ biến đổi Trong bộ chỉnh lưu có điều khiển có hai bộ phận chính là: + Mạch động lực: Nếu bỏ qua thời gian chuyển đổi thì ta xem mạch động lực như một khâu tỷ lệ (phản ứng tức thời). + Mạch điều khiển: Do thời gian điện áp điều khiển thay đổi không trùng với thời gian thay đổi góc a do đó ở phần này được mô tả bởi một khâu trễ với thời gian là Tn. e-PTp Kp Uđk Ud Ta có sơ đồ sau: Hình 3.3 Trong đó: Trong đó: f = 50, m = 3 (m là số pha). Kp = 35,66 Với hàm e-PTp khi triển khai theo Mc.Laurin và lấy gần đúng ta được: Như vậy ta có cấu trúc và hàm truyền của bộ biến đổi là : Uđk Ud WCL(P) = 3.2. 2Hàm truyền của khâu ngắt dòng: Wb (P) = KI = 0,2644 3.2.3. Hàm truyền của máy phát tốc: W(P)= = 0,008 3.2.4 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Hàm truyền đạt: WĐ (P) = [(KĐ) / (T$.TmP2+ TmP + 1)] Trong đó T$ : Hằng số thời gian điện từ của động cơ. Với GD2 = 0,56 Vậy Vậy WĐ (P) Từ sơ đồ nguyên lý của hệ thống ta có sơ đồ cấu trúc của hệ như sau: Hình 3.4 Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua sức điện động động cơ, sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh dòng điện như hình vẽ: Hình 3.5 Trong đó : T: là hằng số thời gian của bộ chỉnh lưu. Tư (T$) : là hằng số thời gian điện từ. Rư : là điện trở phần ứng. kπ = 35,66 : Hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu. Vậy khi đó: WhI = Trong đó : T < Tư áp dụng tiêu chuẩn mụđun tối ưu ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh có dạng khâu PI: WI(P) = Thường chọn a = 2 khi đó: R1C = 2T(k.kI/Rư) Tư = R3C Þ Sơ đồ cấu trúc RI(P): + - R3 C R1 Uid Uđk R2 Hình 3.6 Hàm truyền của mạch vũng cú dạng: Với Tư = (Lư/Rư) = 0,0711 (s) T = p/m.v = 0,0033 (s), m = 3 Þ WI(P) = [1+0,0711P]/ 0,13P R1C = 0,13 R3C = 0,0711 ÞChọn C theo R1 và R3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ : Rw WI kω (-) Uwđ Hình 3.7 n Ta có sơ đồ mạch vòng tốc độ khi bỏ qua 1 lượng (-Ep) của phần ứng động cơ. Khi tổng hợp mạch vòng tốc độ đơn giản ta lấy hàm truyền đạt của mạch vòng dòng điện là khâu quán tính bậc nhất bỏ qua các bậc cao. Whw(P) = WI.K.375.Km/GD.KI.P Wh = Theo tiêu chuẩn mụđun tối ưu có thể xác định được hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ là khâu tỷ lệ: Rw(P) = Trong đó : GD=0,056 T = 0,0033 (s) Km = 1,328 (s) kw = 0,008 kI = 0,2644 Rw(P) = kP = 0,282 Bộ điều chỉnh có hàm truyền Rw(P) có sơ đồ như sau: R3 + - R2 Hình 3.8 R1 Sơ đồ được mô phỏng trên phần mềm Matlab như sau: Hình 3.9. Sơ đồ cấu trúc mô phỏng trên phần mềm Matlab Từ đồ thị mô phỏng ta thấy: + Độ quá điều chỉnh + Thời gian quá độ tqđ = 0,1 (s) < 0,15 (s) + Độ sụt tốc độ ở chế độ xác lập là 0. Kết luận: Hệ thống thoả mãn yêu cầu của đề tài. PHẦN II- PHẦN NGHIỆP VỤ SƯ PHẠM I. Thiết kế nội dung dạy học theo Mô đun 1. Phân tích tổng quan Trong thời đại ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão, đang hàng ngày hàng giờ làm thay đổi bộ mặt của sản xuất, làm cho cơ cấu nghề nghiệp luôn biến động. Nhiều nghề mới xuất hiện, nhiều nghề cũ mất đi, và những nghề còn lại cũng thường xuyên phát triển. Khái niệm học một nghề hoàn chỉnh để phục vụ suất đời đã trở nên lỗi thời. “Học suốt đời” “cần gì học nấy” và không ngừng nâng cao trình độ để đáp ứng nhu cầu luôn luôn biến đổi của thị trường lao động đã trở thành nhu cầu tất yếu của con người. Bởi vậy quá trình đào tạo nghề theo niên chế với một kế hoạch đào tạo cứng nhắc quá trở nên kém linh hoạt và kém hiệu quả. Đặc biệt trong điều kiện nước ta hiện nay, việc phổ biến nghề rộng rãi cho thanh thiếu niên và nhân dân lao động với những nội dung đào tạo nghề tối thiểu để giúp họ tự tin tìm kiếm công ăn việc làm trong nước, đi xuất khẩu lao động ở nước ngoài hoặc để nâng cao năng xuất lao động đang là một nhu cầu bức bách của xã hội. Vì vậy nghị quyết Hội nghị lần thứ tư Ban chấp hành Trung ương Đảng khóa VII đã khẳng định chủ trương “ Mở rộng giáo dục nghề nghiệp, từng bước hình thành nền giáo dục kỹ thuật trong xã hội” Với những lý do trên, việc nghiên cứu và ứng dụng phương thức đào tạo và bồi dưỡng nghề ngắn hạn theo “Module kỹ năng hành nghề”(MKH) đã trở thành vấn đề cấp thiết hiện nay. Kiểu chương trình đào tạo theo module kỹ năng hành nghề (MKH) là một phương thức đào tạo nhằm cung cấp cho người học có kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo, hành vi thái độ tương ứng với một nghề nghiệp nào đó trong xã hội ở các trình độ khác nhau. Trong chương trình đào tạo theo mô đun kỹ năng hành nghề, khái niệm môn học bị phá vỡ. Toàn bộ nội dung kiến thức khoa học đã tích hợp lý thuyết và thực hành, giúp người học nhanh chóng hình thành được các năng lực hoạt động nghề nghiệp. Cỏc “lỏt cắt dọc” thay thế cho “lỏt cắt ngang”. Chương trình được xây dựng trờn cỏc vấn đề trọn vẹn của các Module. Trong trường hợp này, ranh giới giữa các lĩnh vực kiến thức và kỹ năng không còn nữa. Đào tạo nghề theo MKH sẽ rất thuận lợi cho các loại hình đào tạo ngắn hạn, còn đối với hệ đào tạo dài hạn thì cần được vận dụng từng bước và phối hợp giữa phương thức đào tạo theo MKH với phương thức đào tạo truyền thống hiện nay. Đào tạo nghề theo MKH có những ưu điểm sau: - Đào tạo luôn bám sát được yêu cầu của sản xuất, nhanh chóng và kịp thời bổ sung những kiến thức và kỹ năng nghề phù hợp với sự biến đổi nhanh chóng của tiến bộ kỹ thuật và công nghệ. Đây là hệ thống mở, có thể bổ sung hoặc thay đổi các đơn nguyên học tập một cách dễ dàng. - Mục tiêu đào tạo và cấu trúc đa dạng, thời gian đào tạo ngắn, phù hợp với nhu cầu của người học cũng như người sử dụng lao động. - Đào tạo ban đầu và nâng cao trình độ là một quy trình được thực hiện kế tục và thường xuyên, tạo điều kiện cho người lao động có thể nhanh chóng đi vào nghề nghiệp cũng như có thể nâng cao trình độ nghề nghiệp tới đỉnh cao khi có điều kiện. - Nội dung đào tạo được tích hợp giữa lý thuyết và thực hành nghề, thực hiện tốt nguyên lý “Học đi đôi với hành” để nâng cao chất lượng và hiệu quả đào tạo. - Quá trình đào tạo nghề có tính mềm dẻo, tạo điều kiện liên thông nghề, đặc biệt với những nghề cú cựng lĩnh vực kỹ thuật nhờ việc sử dụng chung một số module đơn vị. - Hiệu quả của đào tạo cao vì hầu hết các kiến thức kỹ năng đều có thể sử dụng ngay để hành nghề sau khi học xong mỗi module hoặc mỗi MKH. - Học sinh có thể tự học, tự đánh giá nhờ có các bản hướng dẫn, các bài kiểm tra sau khi học xong mỗi đơn nguyên, mỗi module. - Nhờ có những quy định và hướng dẫn cụ thể đối với giáo viên mà việc giảng dạy, hướng dẫn của giáo viên diễn ra một cách thuận lợi. - Có điều kiện để “cỏ biệt hóa cao trong đào tạo” nhờ việc đánh giá khả năng trình độ của từng học viên trước khi học và việc hướng dẫn người học lựa chọn các module thích hợp với họ và thích hợp với mục tiêu đào tạo của nhà trường. Tuy nhiên, đào tạo nghề theo MKH cũng có những nhược điểm sau: - Thiếu tính hệ thống chặt chẽ của từng bộ môn khoa học kỹ thuật. - Nội dung đào tạo hoàn chỉnh toàn khóa của một nghề thiếu phần lụgớc. - Việc trang bị những kiến thức kỹ thuật cơ bản cho một nghề rộng để tạo khả năng phát triển lâu dài cũng như tạo nên khả năng thích ứng cao của học sinh với sự biến đổi của khoa học và công nghệ bị hạn chế bởi thời gian đào tạo ngắn và cấu trúc của quá trình đào tạo thiếu lụgic. Mặt khác những kiến thức này được coi là “ chưa cần thiết” với quá trình đào tạo ngắn hạ - Với những MKH mà phần thực hành chiếm quỏ ớt, hoặc khi các chuẩn đánh giá không được quy định rõ ràng thì đào tạo theo MKH có thể kém hiệu quả. - Đào tạo theo MKH tốn kém hơn phương thức đào tạo dài hạn vì biên soạn tài liệu phức tạp, phương tiện thiết bị giảng dạy cần hoàm chỉnh theo quy định. - Giáo viên cần có trình độ cao và phải được bồi dưỡng phương pháp giảng dạy theo MKH. Bởi vậy, đào tạo theo MKH sẽ rất thuận lợi cho các loại hình đào tạo ngắn hạn, còn với nghề đào tạo dài hạn thì cần được vận dụng từng bước và phối hợp giữa phương pháp đào tạo MKH và phương thức truyền thống hiện nay. 1.1. Vị trí, ý nghĩa, vai trò của môn học. Điện là nguồn năng lượng chủ yếu trong nền kinh tế Quốc dân. Nhu cầu phát triển điện tỷ lệ với sự phát triển của mỗi Quốc gia. Nước ta trong công cuộc xây dựng và tiến lên Chủ nghĩa xã hội thì sự phát triển của ngành điện lực phải được đặt lên hàng đầu. Song song với việc phát triển công nghiệp điện đòi hỏi phải xây dựng đội ngũ cán bộ công nhân viên ngành điện đông đảo và lành nghề. Và để tạo ra đội ngũ đú thỡ việc lựa chọn các module hợp lý đưa vào chương trình giảng dạy là điều hết sức quan trọng. “MÁY ĐIỆN” là một trong những module quan trọng tiên quyết và cơ bản trong đào tạo ra các bậc kỹ sư và công nhân điện. Bởi vì máy điện là trái tim của hệ thống điện. Máy điện là một phần tử quan trọng nhất của bất kỳ thiết bị điện năng nào. Nó được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hằng ngày cũng như trong các lĩnh vực kinh tế: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, các hệ điều khiển và tự động điều chỉnh, khống chế. “MÁY ĐIỆN” là một module khó, trừu tượng. Và để có thể giải thích được nguyên lý làm việc của cỏc mỏy điện thì đòi hỏi người học phải có mức độ tư duy tổng hợp khá cao và yêu cầu một số hiểu biết căn bản về các module trước như vật lý, toán, lý thuyết mạch để phục vụ cho việc tiếp nhận nhưng kiến thức mới. - Vị trí, ý nghĩa, vai trò của mô đun: Mô đun máy điện là một mô đun chuyên môn của học viên ngành sửa chữa thiết bị điện công nghiệp. Mô đun này nhằm trang bị cho học viên các trường công nhân kỹ thuật và các trung tâm dạy nghề những kiến thức về nguyên lý, cấu tạo, các chế độ làm việc của máy biến áp, máy điện không đồng bộ, máy điện đồng bộ và máy điện một chiều...với các kiến thức này học viên có thể áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất cũng như đời sống. Ngoài ra các kiến thức này dùng làm phương tiện để học tiếp cỏc mụn chuyên môn của ngành điện như cung cấp điện, trang bị điện, quấn dây máy điện... Mô đun này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật, các học viên của các ngành khác quan tâm đến lĩnh vực này. - Mục đích của mô đun: Máy điện đưa vào giảng dạy với mục đích cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về các loại máy điện thông dụng, nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức để bổ trợ cho việc giải thích xử lý các tình huống, các vấn đề gặp phải trờn cỏc loại máy điện. *Yêu cầu sinh viên sau khi học xong có kỹ năng: - Nắm được cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại máy điện thông dụng. - Nêu và giải thích được những cấu tạo đặc biệt trong các loại máy điện. - Viết được các loại phương trình cân bằng điện áp, sức từ động trong máy điện. - Vẽ các đặc tính, các phương pháp điều chỉnh máy điện…Từ đó vận dụng vào đời sống sản xuất. - Nắm vững những kiến thức đó để vận dụng vào vận hành và xử lý các tình huống hỏng hóc thường gặp trong máy điện. Cao hơn nữa là vận dụng vào để thiết kế ra các loại máy điện. - Sáng tạo, ứng dụng kỹ thuật, công nghệ vào công việc thực tế. * Ngoài việc hình thành kỹ năng, tri thức thì môn học còn có khả năng giáo dục nhân cách cho người học. + Giỏo dục tính ham hiểu biết, lòng yêu nghề, tự tin để vươn lên chiếm lĩnh tri thức mới. + Giáo dục tinh thần say mê sáng tạo, qua đó củng cố lòng yêu nghề, yêu khoa học. + Giáo dục đức tính cần cù, chịu khó, không sợ khó sợ khổ có nghị lực vượt qua mọi khó khăn để đi đến thành công. + Yêu nghề, có ý thức cộng đồng và tác phong làm việc của một công dân sống trong xã hội công nghiệp. Có thói quen lao động nghề nghiệp, sống lành mạnh phù hợp với phong tục tập quán và truyền thống văn hoá dân tộc và địa phương trong từng giai đoạn của lịch sử. + Có ý thức học tập và rèn luyện để nâng cao trình độ, đáp ứng yêu cầu công việc. - Môn học nhận: máy điện là một mô đun trừu tượng, phức tạp đòi hỏi mức độ tư duy tổng hợp khá cao và yêu cầu một số hiểu biết căn bản về các môn học trước, để phục vụ tích cực cho sự nhận kiến thức máy điện phải nhận kiến thức của các môn học khác như: kiến thức của môn vật lý từ phổ thông và vật lý cao cấp để có thể giải thích được các hiện tượng vật lý, nguyên lý làm việc của các loại máy điện; kiến thức toán học phổ thông và toán chuyên ngành để có thể thực hiện tính toán giải các bài tập vận dụng hay biến đổi công thức; kiến thức của mụn hoỏ học để giải thích được các hiện tượng. - Môn học cho: mô đun máy điện cung cấp các kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý làm việc, ứng dụng... của các loại máy điện. Do vậy đõy chớnh là những phần kiến thức cơ sở, nền tảng để có thể tiếp thu kiến thức của cỏc mụn chuyờn ngành điện như: cung cấp điện, trang bị điện, quấn dây máy điện... Mô đun này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật, các học viên của các ngành khác quan tâm đến lĩnh vực này. - Môn học có bài tập dài: Khi học xong được 50% khối lượng kiến thức thì sinh viên được giao đề tài (giao cho sinh viên sau Module 2) và phải nộp bài tập dài trước khi kết thúc học phần khoảng 1 tuần. Sau khi giáo viên chấm, những sinh viên nào đạt thì sẽ bảo vệ bài tập dài của mình trước bộ môn. - Module phục vụ trực tiếp cho đồ án tốt nghiệp Module có kiến thức cơ bản, rất quan trọng. Do vậy, Module máy điện số là Module cơ sở phục vụ cho đồ án môn học và đồ án tốt nghiệp. 1.2. Phân tích nội dung chương trình môn học thành cỏc mụ đun cơ bản Môn học bao gồm 5 mô dun cơ bản: Mô dun 1: Khái niệm chung về máy điện Mô đun 2: Máy biến áp Mô dun 3: Máy điện không đồng bộ Mô dun 4: Máy điện đồng bộ Mô dun 5: Máy điện 1 chiều 1.3. Xác định kết quả của mô đun cho phù hợp với yêu cầu thực tiễn Sau khi học xong mô đun 1, học sinh phải: Phát biểu về sự khác nhau của các loại máy điện hiện đang hoạt động theo cấu tạo, theo nguyên tắc hoạt động, theo loại dòng điện... - Giải thích quá trình phát nóng và làm mát của máy điện hiện đang hoạt động, theo nguyên tắc định luật về điện Sau khi học xong mô đun 2, học sinh phải: Mô tả cấu tạo, phân tích nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha và ba pha. Xác định cực tính và đấu dây vận hành máy biến áp một pha, ba pha đúng kỹ thuật. Đấu máy biến áp vận hành song song cỏc mỏy biến áp. Tính toán các thông số của máy biến áp ở các trạng thái: không tải, có tải, ngắn mạch. Chọn lựa máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng. Bảo dưỡng và sửa chữa máy biến áp theo yêu cầu. Sau khi học xong mô đun 3, học sinh phải: Phát biểu nguyên lý cấu tạo, các phương pháp mở máy, đảo chiều quay của động cơ không đồng bộ. Tính toán các đại lượng cơ bản của động cơ không đồng bộ theo tiêu chuẩn kỹ thuật. Vẽ, phân tích chính xác sơ đồ dây quấn stato của động cơ một pha, ba pha. Bảo dưỡng và sửa chữa những hư hỏng thông thường của máy điện không đồng bộ đảm bảo máy hoạt động tốt theo đúng tiêu chuẩn về điện. Sau khi học xong mô đun 4, học sinh phải: Phân tích cấu tạo, nguyên lý, các phản ứng phần ứng xảy ra trong máy phát điện đồng bộ. Điều chỉnh điện áp máy phát đúng phương pháp đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. Vận dụng được các phương pháp hòa đồng bộ máy phát điện đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và an toàn. Bảo dưỡng và sửa chữa những hư hỏng thông thường của máy điện đồng bộ theo tiêu chuẩn kỹ thuật. Sau khi học xong mô đun 5, học sinh phải: Phân tích được cấu tạo, nguyên lý, quan hệ điện từ, các phản ứng phần ứng xảy ra trong máy điện một chiều. Trình bày quá trình đổi chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng, các nguyên nhân gây ra tia lửa và biện pháp cải thiện đổi chiều. Trình bày các phương pháp mở máy, đảo chiều quay, điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. Vẽ và phân tích đúng sơ đồ dây quấn phần ứng máy điện một chiều. Bảo dưỡng và sửa chữa được những hư hỏng thông thường của máy điện một chiều. 1.4. Xác định thời gian đào tạo mô đun phù hợp với kết quả mô đun Dựa vào kết quả xác định tính chất, nội dung và yêu cầu của cỏc mụ đun cơ bản ta xác định thời gian đào tạo cỏc mụ đun như sau : Thời gian mô đun: 100h; (Lý thuyết: 60h; Thực hành: 40h) Số TT Tờn các bài trong mô đun Thời gian Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm tra* 1 Khái niệm chung về máy điện. 08 07 00 1 2 Máy biến áp. 18 14 03 1 3 Máy điện không đồng bộ. 44 20 21 3 4 Máy điện đồng bộ. 12 08 03 1 5 Máy điện một chiều. 18 10 07 1 Cộng: 100 60 33 7 * Ghi chú: Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành và được tính vào giờ thực hành. 1.5. Xác định trang thiết bị cần thiết cho mô đun *Vật liệu: Dây dẫn điện. Một số vật liệu cần thiết khác. Dụng cụ và trang thiết bị: Bàn giá thực hành. Trang bị bảo hộ lao động trong ngành điện. Bộ đồ nghề điện, cơ khí cầm tay. Các loại máy đo: VOM/DVOM, Watt kế AC, Cosj kế, tần số kế... Các loại máy điện. Mô hình thực hành chứng minh tính thuận nghịch của máy điện. Mô hình thực hành máy biến áp một pha, ba pha. Mô hình thực hành động cơ một pha, ba pha. Mô hình bổ cắt động cơ điện một pha, ba pha. Mô hình thực hành đấu dây động cơ ba pha 2 cấp tốc độ. Mô hình mô phỏng sự cố trờn mỏy điện xoay chiều. Máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha. Bộ thí nghiệm máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha. Mô hình hòa đồng bộ máy phát điện ba pha. Mô hình mô phỏng các sự cố trong máy điện xoay chiều. Mô hình cắt bổ máy phát điện một chiều. Bộ thực hành máy phát điện một chiều. Mô hình mô phỏng các sự cố trong máy điện một chiều. *Nguồn lực khác: PC, phần mềm chuyên dùng. Projector, overhead. Máy chiếu vật thể 3 chiều. 2. Phân tích Mô đun Mô đun được chọn để phân tích là mô đun 2: Máy biến áp. 2.1. Xác định và sắp xếp thứ tự các công việc trong mô đun Trong mô đun 2 : Máy biến áp gồm những bài sau: Khái niệm chung. Nguyên lý làm việc. Các đại lượng định mức. 3.1 Công suất định mức Sđm 3.2 Điện áp định mức ở các cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp 3.3 Dòng điện định mức ở các cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp 3.4 Tần số định mức Các loại máy biến áp chính. Cấu tạo máy biến áp 5.1 Lừi thộp 5.2 Dây quấn 5.3 Vỏ máy Tổ nối dây của máy biến áp. 6.1. Cỏc kớ hiệu đầu dây 6.2. Các kiểu đấu dây quấn 6.3. Tổ nối dõy mba 7. Mạch từ của máy biến áp 7.1 Các dạng mạch từ 7.2 Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lừi thộp mỏy biến áp 8. Quan hệ điện từ trong máy biến áp 8.1. Các đặc tính làm việc ở tải đối xứng mba 8.1.1. Các phương trình cơ bản của máy biến áp 8.1.2. Phương trình cân bằng sức từ động 8.2. Mạch điện thay thế của máy biến áp 8.2.1. Qui đổi máy biến áp 8.2.2. Mạch điện thay thế của máy biến áp 8.2.3. Mạch điện thay thế đơn giản 8.3. Đồ thị véc tơ của máy biến áp 8.4. Cách xác định các tham số của máy biến áp 9. Chế độ làm việc ở tải đối xứng của máy biến áp. 9.1 Giản đồ năng lượng của máy biến áp 9.2. Độ thay đổi điện áp của máy biến áp và cách điều chỉnh điện áp 9.3 Hiệu suất của máy biến áp 9.4. Máy biến áp làm việc song song 9.4.1. Điều kiện cùng tổ nối dây 9.4.2. Điều kiện cùng hệ số biến áp 9.4.3. Điều kiện trị số điện áp ngắn mạch phần trăm bằng nhau 10. Cỏc máy biến áp đặc biệt 10.1. Máy biến áp tự ngẫu 10.2. Máy biến áp đo lường 10.3 Máy biến áp hàn 10.4 Máy biến áp chỉnh lưu 11. Một số công thức tính toán máy biến áp 12. Sử dụng, bảo dưỡng, sữa chữa mba 1 pha 12.1. Sử dụng, bảo dưỡng mba 1pha 12.2 Những hư hỏng thông thường và phương pháp khắc phục 13. Thực hành 13.1. Máy biến áp một pha và sự vận hành song song của chúng 13.1.1. Mục đích 13.1.2. Nội dung 13.1.3. Yêu cầu báo cáo 13.1.4. Hướng dẫn cách tiến hành thí nghiệm 2.2. Xác định nội dung bài tập tổng hợp phù hợp (dự án cụ thể mà người học có thể gặp trong cuộc sống liên quan đến mô đun) Sau khi học xong Module này học sinh phải thực hiện sửa chữa dây quấn máy điện một chiều đối với một máy điện cú cỏc thông số cho trước. Cụ thể học sinh phải quấn được máy điện Yêu cầu kỹ thuật: Đủ số lượng vòng dây trong một bối dây. Đủ số lượng bối dây trong cỏc rónh stator. Máy điện hoạt động ở công suất định mức với tuổi thọ cao nhất. Mục tiêu: Kiờ́n thức: Học xong bài này học sinh có khả năng. + Biết tính được bước cực và bước dây quấn. + Vẽ đúng sơ đồ khai triển của dây quấn. + Thực hiện quấn dây theo dây quấn xếp đơn. + Thực hiện được dây cân bằng điện thế. - Kỹ năng: Khảo sát và vẽ lại sơ đồ dây quấn máy điện một chiều Tháo dây cũ Cắt và lót giấy cách điện rãnh Lạm khuân quấn dây Quấn dây mới Lồng dây vào rãnh Đấu dây, hàn nối dây Cách điện pha Đo thông mạch, đo điện trở cách điện. Đo dòng không tải Đai dây Tẩm sấy cách điện Lắp ráp nghiệm thu - Thái độ: + Nghiêm túc trong học tập + Trung thực trong kiểm tra + Kiên trì, cẩn thận và nghiêm túc trong công việc luôn luôn tuân thủ các biện pháp an toàn + Có ý thức bảo vệ dụng cụ thiết bị, tiết kiệm vật liệu. Cụng viờc, trang thiết bị và kỹ năng được hình thành trong bài tập TT Tên công việc Trang thiết bị Kỹ năng 1 Tính bước cực và bước dây quấn. giấy, bút, thước Áp dụng thành thạo các công thức. 2 Vẽ sơ đồ khai triển của dây quấn Giấy, bút, thước Hình thành kỹ năng thao tác 3 Thỏo dây cũ Khuân mẫu, dây quấn Cách tạo khuân và kỹ năng quấn các bối dây 4 Ghị nhận số vòng dây, đường kính dây và khối lượng dây Giấy cách điện,… Thao tác 5 Vệ sinh động cơ Giẻ lau, chổi quét Kỹ năng đọc hiểu bản vẽ sơ đồ khai triển. 6 Cắt và lót giấy cách điện rãnh Các loại dấy cách điện Luyện tập kỹ năng cắt và lót giấy nhanh , chính xác 7 Làm khuụn dõy Vật liệu làm khuôn, máy khoan, thước, kéo Kỹ năng làm khuụn dõy quấn 8 Quấn dây mới Dây dẫn, khuôn quấn, máy quấn Thành thạo kỹ năng quấn dây 9 Lồng dây vào rãnh Các bối dây, dụng cụ dùng để vào khuôn. Luyện tập kỹ năng lồng dây vào rãnh tạo thành một thói quen 10 Đấu dây, hàn nối dây Máy điện đã được quấn đủ các bối dây, mỏ hàn, thiếc, nhựa thông Thực hiện đúng quu trình đấu dây 11 Đo thông mạch, đo điện trỏ cách điện Đồng hồ đo Sử dụng đồng hồ đo thuần thục 12 Đai dây Dõy dùng đai các bối dây Khéo loe , chính xác 13 Đo dòng không tải Đồng hồ đo vạn năng Thao tác nhanh, đúng kỹ thuật 14 Tẩm sấy cách điện Sơn cách điện Hình thành được kỹ năng tẩm sơn 15 Lắp ráp nghiệm thu Kìm, tua vớt, cỏc bộ phận cấu thành nờn mỏy điện một chiều Lắp ráp đúng quy trình với khoảng thời gian cho phép 3. Phân tích công việc trong Mô đun Xác định tên công việc, mục tiêu chuẩn đánh giá học viên, trang thiết bị, lý thuyết dạy học bổ sung, thời gian đào tạo, phương pháp giảng dạy và tài liệu giảng dạy STT Công việc cần làm Nội dung dạy trên lớp Nội dung tự học Nội dung dạy lý thuyết Nội dung dạy thực hành 1 Khái niệm chung Tìm hiểu về các loại máy điện 2 Nguyên lý làm việc Nguyên lý làm việc của MBA1 pha, 3 pha. Định nghĩa MBA Quan sát mô hình mba Tìm hiểu về các mba và ứng dụng của chúng trong thực tế 3 Các đại lượng định mức. 3.1 Công suất định mức Sđm 3.2 Điện áp định mức ở các cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp 3.3 Dòng điện định mức ở các cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp 3.4 Tần số định mức Tìm hiểu về các thông số của mba 4 Các loại máy biến áp chính. - Máy biến áp tự ngẫu - Máy biến áp đo lường - Máy biến áp chuyên dùng - Máy biến áp thí nghiệm Quan sát mô hình các loại mba Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng của các loại mba trong thực tế 5 Cấu tạo máy biến áp 5.1 Lừi thộp 5.2 Dây quấn 5.3 Vỏ máy Quan sát mô hình mba, tháo lắp, xem các bộ phận của mba Tìm hiểu cấu tạo, vật liệu làm mba trong thực tế. 6 Tổ nối dây của máy biến áp. 6.1. Cỏc kớ hiệu đầu dây 6.2. Các kiểu đấu dây quấn 6.3. Tổ nối dõy mba Tháo lắp, quan sát dây quấn của mba. Xem các đầu dây, ký hiệu, tổ nối dây của mba. Xác định đầu đầu, đầu cuối của cuộn dây. Tìm hiểu các kiểu nối dây của mba. 7 Mạch từ của máy biến áp 7.1 Các dạng mạch từ 7.2 Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lừi thộp mỏy biến áp Tìm hiểu về mạch từ của mba qua các tài liệu 8 Quan hệ điện từ trong máy biến áp 8.1. Các đặc tính làm việc ở tải đối xứng mba 8.1.1. Các phương trình cơ bản của máy biến áp 8.1.2. Phương trình cân bằng sức từ động 8.2. Mạch điện thay thế của máy biến áp 8.2.1. Qui đổi máy biến áp 8.2.2. Mạch điện thay thế của máy biến áp 8.2.3. Mạch điện thay thế đơn giản 8.3. Đồ thị véc tơ của máy biến áp 8.4. Cách xác định các tham số của máy biến áp Vẽ mạch điện thay thế, đồ thị véc tơ, xác định các tham số của mba Nghiên cứu các đặc tính, các phương trình cân bằng, mạch điện thay thế.....của mba. Làm các bài tập được ra. 9 Chế độ làm việc ở tải đối xứng của máy biến áp 9.1 Giản đồ năng lượng của máy biến áp 9.2. Độ thay đổi điện áp của máy biến áp và cách điều chỉnh điện áp 9.3 Hiệu suất của máy biến áp 9.4. Máy biến áp làm việc song song 9.4.1. Điều kiện cùng tổ nối dây 9.4.2. Điều kiện cùng hệ số biến áp 9.4.3. Điều kiện trị số điện áp ngắn mạch phần trăm bằng nhau Đo các thông số của mba, từ đó xác định được độ thay đổi diện áp, năng lượng, hiệu xuất của mỏy…. Đọc tài liệu, làm các bài tập được ra 10 Cỏc máy biến áp đặc biệt 10.1. Máy biến áp tự ngẫu 10.2. Máy biến áp đo lường 10.3 Máy biến áp hàn 10.4 Máy biến áp chỉnh lưu Quan sát mô hình các loại mba, tháo lắp, tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc của chúng. Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý, ứng dụng của các loại mba 11 Một số công thức tính toán máy biến áp Áp dụng các công thức, làm 1 số bài tập về mba Làm các bài tập về mba. 12 Sử dụng, bảo dưỡng, sữa chữa mba 1 pha 12.1. Sử dụng, bảo dưỡng mba 1pha 12.2 Những hư hỏng thông thường và phương pháp khắc phục Quan sát mô hình mba 1 pha, xem xét các hư hỏng thường gặp và cách sửa chữa. Tìm hiểu các phương pháp sửa chữa những hư hỏng thường gặp với mba 1 pha. 13 Thực hành 13.1. Máy biến áp một pha và sự vận hành song song của chúng 13.1.1. Mục đích 13.1.2. Nội dung 13.1.3. Yêu cầu báo cáo 13.1.4. Hướng dẫn cách tiến hành thí nghiệm Thực hành, tiến hành các thí nghiệm tại xưởng. Đọc tài liệu hướng dẫn thí nghiệm. Mỗi công việc của một M gồm nhiều bước hoạt động. Khi hành nghề, các hoạt động đó được thực hiện theo một quy trình nhất định. Vì vậy khi phân tích nghề, cần phải phân tích công việc thành các bước hoạt động cụ thể và xếp chúng theo một trình tự logic chặt chẽ. Tên công việc Mục tiêu đánh giá Trang thiết bị Lý thuyết bổ xung Phương pháp dạy Thời gian(h) 1. Khái niệm chung 0.2 Khái niệm chung về máy biến áp Người học có kỹ năng tư duy (hiểu khái quát về khái niệm, ứng dụng của máy biến áp trong cuộc sống) Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu Tìm hiểu ứng dụng của máy điện Đàm thoại, thuyết trình 2. Nguyên lý làm việc 0.5 Nguyên lý làm việc của MBA 1 pha, 3 pha. Người học có kỹ năng tư duy (hiểu rõ nguyên lý làm việc của máy biến áp 1 pha và 3 pha) Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu, mô hình mba 1 pha, 3 pha. ứng dụng của mba 1 pha, 3 pha. Đàm thoại, thuyết trình, trực quan. Định nghĩa Người học có kỹ năng tư duy (hiểu được khái niệm về máy biến áp), đồng thời có kỹ năng nhận biết(nhận biết được các mba) Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu, mô hình mba Không cần lý thuyết bổ xung Đàm thoại, thuyết trình, trực quan. 3. Các đại lượng định mức 0.3 - Công suất định mức Sđm - Điện áp định mức ở các cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp - Dòng điện định mức ở các cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp - Tần số định mức Hình thành kỹ năng nhận biết và tư duy về các đại lượng của mba như: công suất, điện áp, dòng điện, tần số (về khái niệm, biểu thức tính) qua đó hình thành kỹ năng giải các bài toán tỡm cỏc tham số của mba Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu. Không cần lý thuyết bổ xung Đàm thoại, thuyết trình, phát vấn. 4. Các loại máy biến áp chính 0.2 - Máy biến áp tự ngẫu - Máy biến áp đo lường - Máy biến áp chuyên dùng - Máy biến áp thí nghiệm Hình thành kỹ năng nhận biết và tư duy các mba.hiểu được nguyên lý làm việc, ứng dụng của các mba trong thực tế. Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu, mụ hỡnh các mba Bổ xung lý thuyết về ứng dụng, nguyên lý làm việc của các mba. Thuyết trình, đàm thoại, trực quan 5. Cấu tạo máy biến áp 0.8 -Lừi thép -Dây quấn -Vỏ máy Người học phải có kỹ năng nhận biết các bộ phận của mba, tầm quan trọng của mỗi bộ phận trong mba. Có kỹ năng phân biệt và so sánh giữa các bộ phận. Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu, mô hình mba, mụ hỡnh(vật thật) của các bộ phận Không cần bổ xung lý thuyết Thuyết trình, đàm thoại, trực quan, phát vấn 6. Tổ nối dây của máy biến áp. 1 -Cỏc kí hiệu đầu dây -Các kiểu đấu dây quấn -Tổ nối dõy mba Hình thành kỹ năng nhận biết và phân biệt được các đầu dây, kiểu đấu dây, tổ nối dây của mba.Cú kỹ năng đấu dây theo các kiểu Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu, mô hình mba (vật thật) Không cần bổ xung lý thuyết Thuyết trình, trực quan, 7. Mạch từ của máy biến áp 2 Các dạng mạch từ Có kỹ năng nhận biết các dạng mạch từ của mba 1 pha, 3 pha. Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu. Không cần bổ xung lý thuyết Thuyết trình, đàm thoại, Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lừi thộp mỏy biến áp Nhận biết được các hiện tượng xảy ra khi mba làm việc, và có kỹ năng xét ảnh hưởng của các hiện tượng đó với quă trình làm việc của mba trong các chế độ làm việc. Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu Không cần bổ xung lý thuyết Thuyết trình, đàm thoại, phát vấn 8. Quan hệ điện từ trong máy biến áp 3.5 Các đặc tính làm việc ở tải đối xứng mba Hình thành kỹ năng tư duy và xây dựng được các phương trình cân bằng của mba Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu Bổ xung lý thuyết phần sức từ động của mba. Thuyết trình, phát vấn Mạch điện thay thế của máy biến áp Có kỹ năng trong việc qui đổi các đại lượng của mba, xác định được mạch điện thay thế dạng đầy đủ và dạng đơn giản của mba Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu Không cần bổ xung lý thuyết Thuyết trình, đàm thoại Đồ thị véc tơ của máy biến áp Hình thành kỹ năng dựng được đồ thị biểu hiện mối quan hệ giữa các đại lượng của mba trong các trường hợp tương ứng của tải. Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu Không cần bổ xung lý thuyết Thuyết trình, đàm thoại, phát vấn Cách xác định các tham số của máy biến áp Hình thành và thành thạo kỹ năng xác định các tham số của mba thông qua các thí nghiệm, hay qua việc giải các bài toán liên quan. Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu, mô hình thí nghiệm, các đồ dùng, dụng cụ thí nghiệm Bổ xung lý thuyết về không tải, ngắn mạch Thuyết trình, trực quan, mô phỏng 9. Chế độ làm việc ở tải đối xứng của máy biến áp 2 -Giản đồ năng lượng của máy biến áp -Độ thay đổi điện áp của máy biến áp và cách điều chỉnh điện áp -Hiệu suất của máy biến áp Có kỹ năng giải các bài toán về năng lượng, điện áp, hiệu suất của mba trong nhiều trường hợp. Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu Không cần bổ xung lý thuyết Thuyết trình, Phát vấn, đàm thoại Máy biến áp làm việc song song Có kỹ năng tư duy, nhận biết được tầm quan trọng của việc các mba làm việc song song, đồng thời nắm vững các điều kiện để các mba làm việc song song. Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu Không cần bổ xung lý thuyết Thuyết trình, đàm thoại 10. Cỏc máy biến áp đặc biệt 1.5 - Máy biến áp tự ngẫu - Máy biến áp đo lường - Máy biến áp hàn - Máy biến áp chỉnh lưu Nắm được ứng dụng, tầm quan trọng, cấu tạo, nguyên lý làm việc của các mba. Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu, mô hình. Không cần bổ xung lý thuyết Thuyết trình, đàm thoại, trực quan. 11. Một số công thức tính toán máy biến áp 0.5 Một số công thức tính toán máy biến áp Có kỹ năng giải thành thạo các bài toán về mba Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu Không cần bổ xung lý thuyết Thuyết trình, đàm thoại, phát vấn 12. Sử dụng, bảo dưỡng, sữa chữa mba 1 pha 1.5 Sử dụng, bảo dưỡng. Hình thành kỹ năng nhận biết tầm quan trọng và sử dụng thành thạo ( các thao tác tháo lắp, vận hành, bảo dưỡng) mba 1 pha Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu, mô hình Bổ xung lý thuyết về ứng dụng và tầm quan trọng của mba 1pha Thuyết trình Những hư hỏng thông thường và phương pháp khắc phục Nhận biết được các dạng hư hỏng thông thường trong quá trình vận hành mba 1 pha, đồng thời có phương pháp sửa chữa phù hợp Phấn bảng, giáo trình, máy chiếu, mô hình Không cần bổ xung lý thuyết Đặt vấn đề, phát vấn, thuyết trình, đàm thoại II. Thiết kế bài dạy lý thuyết theo quan điểm tích cực hóa quá trình dạy học Chương 2: Máy biến áp Bài 2.1: Khái niệm chung 2.2: Nguyên lý làm việc của mba 2.3: Các đại lượng định mức 1. Mục tiêu của bài - Hiểu được tầm quan trọng, ứng dụng của mba - Phân tích được nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha và ba pha. + Nắm vứng biểu thức tính toán các sức điện động của cỏc dõy quấn. + Hiểu và nắm vững giá trị tỷ số biến đổi của máy biến áp. - Hiểu và nắm vững định nghĩa máy biến áp. - Nắm vững các thông số cơ bản của mba - Hình thành kỹ năng tính toán, so sánh các thông số của các loại máy biến áp. 2. Xác định đồ dùng và trang thiết bị dạy học - Phấn, bảng, máy chiếu, giáo trình, sách giáo khoa, giáo án, mô hình. 3. Phân tích cấu trúc nội dung của bài và xác định trọng tâm bài. a. Phân chia nội dung thành cỏc phần,cỏc đơn nguyên kiến thức độc lập tương đối với nhau. Khái niệm chung Nguyên lý làm việc của máy biến áp Nguyên lý làm việc Tỷ số biến đổi điện áp Định nghĩa mba các đại lượng định mức Công suất định mức Sđm Điện áp định mức Dòng điện định mức Tần số định mức 4. Ví dụ b. Các khái niệm cần hình thành trong bài. - Khái niệm tỷ số biến đổi điện áp - Định nghĩa máy biến áp. - Khái niệm công suất định mức, điện áp định mức,dũng điện định mức c. Những đơn nguyên kiến thức đóng vai trò mở đường hay vai trò cơ sở cho toàn bài và cũn dựng nhiều về sau. Các đơn nguyên dùng nhiều về sau: nguyên lý làm việc của mba, định nghĩa mba, các đại lượng định mức của mba. d. Cơ sở khoa học của các hiện tượng, quá trình …trong bài - nguyên lý làm việc của mba được dựa trên định luật cảm ứng điện từ. e. Những đơn nguyên khó dạy, khó tiếp thu. Nguyên lý làm việc của máy biến áp. f. Những đơn nguyên có thể lồng vào phương pháp nhận thức - Dựa vào các kiến thức đã được cung cấp từ bài trước, giáo viên sẽ củng cố lại và qua đó giúp học sinh phát triển khả năng tư duy, tổng hợp để có thể tiếp thu các kiến thức mới 1 cách nhanh nhất và hiệu quả nhất. Ví dụ như phần kiến thức về định luật cảm ứng điện từ, nguyên lý làm việc của mba 1pha, 3 pha. Từ đó giúp HS có thể hiểu được nguyên lý làm việc của những loại mba đặc biệt khác. - Có những ví dụ cụ thể để học sinh có thể hiểu và nắm bài chắc hơn đồng thời giúp học sinh có thể dễ dàng áp dụng kiến thức được cung cấp vào việc giải các bài toán cụ thể về kỹ thuật: Ví dụ: từ biểu thức của các đại lượng định mức của mba, HS có thể áp dụng vào việc giải các bài toán tỡm cỏc thông số, đại lượng của mba. g. Những kiến thức học sinh đã được học từ trước có liên quan trực tiếp tới bài học - Định luật cảm ứng điện từ. h. Những nội dung giáo dục nhân cách có thể lồng vào trong quá trình dạy kiến thức chuyên môn - Tìm hiểu về nguyên lý làm việc của mba, giúp HS có thể rền luyện kỹ năng tư duy, phân tích và so sánh. Đồng thời cũng rèn luyện tính cẩn thận, có kỷ luật, tác phong kỹ thuật nhanh nhẹn và có tính chuyên môn cao. - Tỡm hiểu các đại lượng định mức của mba giúp HS rèn luyện kỹ năng tính toán. i. Tính ứng dụng của bài vào việc giải quyết những nhiệm vụ học tập và giải quyết những vấn đề thực tế. - Về mặt lý thuyết: kiến thức nghiên cứu này là tiền đề cho hs tiếp thu những phần kiến thức về sau: kiến thức về các loại máy biến áp chớnh, cỏc chế độ làm việc của máy biến ỏp… - Về mặt thực tế: + Giúp HS nắm vững nguyên lý làm việc của các loại mba nói chung, phân biệt nguyên lý của mba với các loại máy điện khác. + Giúp HS giải quyết các bài toán kỹ thuật như: bài toán xác định các tham số định mức(Iđm, Uđm, Sđm) của máy biến áp. 4. Căn cứ vào tính chất của đơn nguyên trên, ta xác định được: - Những đơn nguyên giáo viên phải trình bày trên lớp: + Nguyên lý làm việc của mba + Các đại lượng định mức của mba + Ví dụ - Những đơn nguyên HS phải lĩnh hội ngay trên lớp: + Định nghĩa mba -Những đơn nguyên HS phải tự đọc và tự nhận thức + Khái niệm chung - Lựa chọn phương pháp dạy học, phương tiện dạy học tương ứng với từng đơn nguyên: Nộidung Phương pháp Phương tiện 1. Khái niệm chung Hướng dẫn học sinh tự nghiên cứu. 2. Nguyên lý làm việc của mba Đặt vấn đề, Phát vấn, đàm thoại, thuyết trình, trực quan Giáo trình, phấn, bảng, máy chiếu, mô hình mba 3. các đại lượng định mức Đặt vấn đề, Thuyết trình, phát vấn Giáo trình, phấn, bảng, máy chiếu. 4. Ví dụ Đàm thoại, phát vấn Giáo trình, phấn, bảng, máy chiếu. 5. Hình thức tổ chức dạy học: lớp - bài 6. Câu hỏi,bài tập để học sinh tự kiểm tra tự đánh giá kết quả tự lực - Câu hỏi lý thuyết: Nhiệm vụ của máy biến áp là gỡ?cú những loại máy biến áp nào? 7. Nội dung đánh giá toàn bài - Lý thuyết: 1. Máy biến áp là gì ? Vai trò của máy biến áp trong hệ thống điện lực ? Nguyên lý làm việc của mba 1 pha và 3 pha? Điểm khác nhau giữa chúng? 2. Trờn mỏy biến áp thường ghi những lượng định mức nào? ý nghĩa của những lượng định mức? - Bài tập Cho 1 mba 3 pha với các thông số sau: f = 50 hz; Uđm= 380 (v); k= 4200/250 (v); Iđm=50(A) Hãy xác định các thông số: Sđm? I1 đm? I2 đm? Đáp số: 8. Trình bày giáo án GIÁO ÁN LÝ THUYẾT Lớp: số lượng học sinh: Ngày tháng năm Tên bài học: Chương 2: MÁY BIẾN ÁP 2.1. Khái niệm chung 2.2. Nguyên lý làm việc của mba 2.3. Các đại lượng định mức của mba I.Mục tiêu - Kiến thức: hiểu rõ tầm quan trọng, khái niệm, nguyên lý làm việc của mba. - Kỹ năng: so sánh được nguyên lý làm việc của mba 1 pha và 3 pha, tính toán các đại lượng định mức của mba. - Thái độ:học sinh nghiêm túc chú ý nghe giảng,ghi bài đầy đủ II.Phương tiện,đồ dùng dạy học Giỏo ỏn,phấn, bảng,giỏo trỡnh, máy chiếu, mô hình mba III.Tiến trình lên lớp 1.ổn định lớp:(thời gian:1 phút) Số học sinh có mặt/tổng số: Học sinh vắng: 2.Kiểm tra bài cũ (thời gian: 0’ ) 3.Giảng bài mới (thời gian: 39’ ) Đặt vấn đề: (thời gian: 3’ ), ( phương pháp thuyết trình) Ở chương 1 chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về khái niệm, tầm quan trọng của các loại máy điện (máy phát điện để biến cơ năng thành điện năng; động cơ điện biến điện năng thành cơ năng; máy biến áp để truyền tải và phân phối điện năng), cũng việc nghiên cứu các định luật cơ bản trong máy điện để từ đó ta dễ dang nghiên cứu được nguyên lý làm việc của các laoij máy điện. Và mỗi loại lại có những đặc điểm riêng. Và hôm nay chúng ta sẽ nghiên cứu, tìm hiểu về máy biến áp. Chúng ta vào bài hôm nay: chương 2: máy biến áp. Thời gian Nội dung Phương pháp Hoạt động của GV-HS 2’ 1.Khái niệm chung -Mba dùng để truyền tải và phân phối điện năng. HS tự nghiên cứu Gv: Hướng dẫn Hs: tự nghiên cứu 14’ 2. Nguyên lý làm việc của mba a. Nguyên lý làm việc cho mba 1 pha 2 dây quấn hình 2.2: nguyên lý làm việc của mba cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp lừi thép Nguyên lý: - Đặt vào cuộn w1 điện áp xoay chiều hình sin, tần số f là u1→i1→từ thụng khộp mạch trong lừi thộp biến thiên hình sin. - Theo định luật cảm ứng điện từ, trong cuộn dây w2 cảm ứng 1 sức điện động (sđđ), xuất hiện dòng i2 khi w2 nối tải, và gây sụt áp u2 trên tải. - Dòng i1, i2 sinh ra từ thụng chớnh Φ khép mạch trong lừi thộp. Cỏc sđđ e1, e2 cảm ứng trong các cuộn w1, w2 được xác định như sau: Do u1là điện áp hình sin, tần số f nên Φ cũng hình sin, tần số f: Φ=Φm.sinωt Với các giá trị hiệu dụng: - Nhận xét: sđđ cảm ứng trong cỏc dõy quấn chậm pha hơn so với từ thông sinh ra nó 1 góc . b. Tỷ số biến đổi của mba - Từ các biểu thức (2.3), (2.4) ta có định nghĩa tỷ số biến đổi của mba như sau: K = (2-5) Nếu không kể điện áp rơi trờn dõy quấn, K là tỉ số điện áp giữa dây quấn 1 và dây quấn 2 + Đối với máy biến áp 3 pha: Tỉ số điện áp pha: = Với W1 số vũng dõy pha sơ cấp, W2 số vũng dõy pha thứ cấp. - Tỉ số điện áp dây: kd không những chỉ phụ thuộc vào tỉ số vòng dây giữa sơ cấp và thứ cấp mà còn phụ thuộc cách nối hình sao hay tam giác: Ví dụ + Khi nối D/Y: = + Khi nối D/D: = + Khi nối Y/Y: = + Khi nối Y/D: = Nhận xét: Muốn thay đổi điện áp ra thì phải thay đổi tỷ số biến đổi của mba, nghĩa là thay đổi số vòng dây của cỏc dõy quấn mba. c. Định nghĩa mba Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh làm việc trờn nguyờn lớ cảm ứng điện từ, biến đổi 1 hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành điện áp khác với tần số không đổi. Đặt vấn đề Đàm thoại Thuyết trình Phát vấn Thuyết trình Đàm thoại Đàm thoại Thuyết trình Đàm thoại Gv:Đạt vấn đề: Ở chương 1 chúng ta đã được tìm hiểu nhwnhx khái niệm chung nhất về máy điện nói chung: về vai trò, các loại máy điện…về các định luật cơ bản trong máy điện. Và từ các định luật đó chúng ta có thể dễ dàng nghiên cứu nguyên lý làm việc của từng loại máy điện cụ thể. Và với mba thì nguyên lý làm việc của nó như thế nào và nó dựa trên định luật nào, thì chúng ta vào mục 2.2: nguyên lý làm việc của mba Hs: chú ý nghe giảng. Gv: đàm thoại Khảo sát 1 mba 1 pha 2 dây quấn đơn giản như mô hình sau: gồm lừi thộp, 2 dây quấn có số vòng là w1 và w2 . Hs: nghe và ghi bài Gv: thuyết trình nguyên lý làm việc của mba Hs: tư duy, ghi bài đầy đủ Gv: Đặt câu hỏi: Nhìn vào các biểu thức (2.1) và (2.2), hãy nhận xét về góc pha giữa sđđ cảm ứng trong cỏc dõy quấn so với từ thông sinh ra? Hs: chú ý nge và suy nghĩ trả lời đúng câu hỏi: Từ các biểu thức (2.1),(2.2) ta thấy sđđ cảm ứng trong cỏc dõy quấn chậm pha hơn so với từ thông sinh ra nó 1 góc . Gv: nhận xét câu trả lời của hs và rút ra tổng kết Hs: ghi bài đầy đủ Gv:thuyết trình về tỷ số biến đổi của mba Hs: chú ý nghe và ghi bài đầy đủ. Gv: với tỷ số điện áp dây của mba 3 pha, kd không chỉ phụ thuộc vào tỷ số giữa W1 và W2 mà còn phụ thuộc vào các kiểu nối dây sao hay tam giác. Hs: tư duy và ghi bài đầy đủ Gv: Từ biểu thức (2.6) ta thấy →điện áp ra thay đổi k lần so với điện áp vào. Muốn thay đổi điện áp ra thì phải thay đổi tỷ số biến đổi của mba, nghĩa là thay đổi số vòng dây của cỏc dõy quấn mba. Hs: tư duy và ghi bài Gv: thuyết trình về định nghĩa mba Hs: nghe và ghi bài Gv: ngoài ra ta có 1 số định nghĩa như sau: + Dây sơ cấp: là dây nối với nguồn để nhận năng lượng + Dây thứ cấp: là dây nối với tải để đưa năng lượng ra + Dây quấn có điện áp cao là dây quấn cao áp + Dõy quán có điện áp thấp là dây quấn hạ áp + Mba giảm áp: điện áp sơ cấp cao hơn điện áp thứ cấp + Mba tăng áp: điện áp sơ cấp thấp hơn điện áp thứ cấp 10’ 10' 2.3: Các đại lượng định mức a.Công suất định mức Sđm - Là công suất toàn phần (hay công suất biểu kiến hay dung lượng) đưa ra ở dây quấn thứ cấp máy biến áp, tính bằng VA hoặc KVA. Công thức tổng quát như sauSđm = m. Ufđm.I fđm với m là số pha của máy biến áp hoặc b.Điện áp định mức - Điện ỏp dây sơ cấp định mức U1đm là điện áp dây quấn sơ cấp tính bằng V hay kV. - Điện ỏp dây thứ cấp định mức U2đm là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây sơ cấp là định mức, tính bằng V hay kV c. Dòng điện định mức - Dòng diện dây định mức sơ cấp I1đm và thứ cấp I2đm là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức, tính bằng ampe (A). - Đối với mba 1 pha: - Đối với mba 3 pha: d. tần số định mức fđm tính bằng Hz. Các loại máy biến áp ở nước ta có tần số công nghiệp là 50 Hz. 4. Ví dụ Cho 1 mba 3 pha với các thông số sau: f = 50 hz; Uđm= 380 (v); k= 4000/230 (v); Iđm=50(A) Hãy xác định các thông số: Sđm? I1 đm? I2 đm? Đáp số: Đặt vấn đề Thuyết trình Thuyết trình Thuyết trình Thuyết trình Đàm thoại Phát vấn Gv: đặt vấn đề Trong thực tế, khi chúng ta quan sát 1 mba bất kỳ, ta thường thấy trên vỏ máy thường có ghi 1 số cỏc thụng số.Vậy những thông số đó có ý nghĩa như thế nào? Và để giải quyết vấn đề này chúng ta sẽ tìm hiểu các đại lượng định mức của mba. Hs: nghe giảng Gv: thuyết trình về công suất định mức Sđm Hs: tư duy và ghi bài Gv: thuyết trình về điện áp định mức Sđm Hs: tư duy và ghi bài Gv: thuyết trình về dòng điện định mức Sđm Hs: tư duy và ghi bài Gv: thuyết trình về tần số định mức Sđm Hs: tư duy và ghi bài Gv: Ngoài ra trờn nhón mba còn ghi các số liệu khác như: số pha (m); tổ nối dây quấn; điện áp ngắn mạch Un%; chế độ làm việc; cấp cách điện; phương pháp làm nguội. Hs: nghe và ghi bài đầy đủ. Gv: đưa ra ví dụ và yêu cầu hs giải bài tập ví dụ Hs: nghiên cứu giải đúng bài tập Công suất định mức Dòng điện định mức Gv: nhận xét và đưa ra đáp án của bài tập IV. Củng cố bài (thời gian 2’) (phương pháp thuyết trình) Nhắc lại trọng tâm bài: định nghĩa mba nguyên lý làm việc của mba các đại lượng định mức của mba V. Hướng dẫn công tác tự học (thời gian: 3’ ) (Phương pháp thuyết trình) Câu hỏi lý thuyết: Hãy phát biểu nguyên lý làm việc của mba? Trờn cỏc mba thường ghi nhữ