Đồ án thiết kế điện tử công suất

Chia sẻ: Nhut Thinh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:44

2
2.418
lượt xem
573
download

Đồ án thiết kế điện tử công suất

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong những năm gần đây, nhờ sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, rất nhiều loại máy móc thiết bị mới ra đời, phục vụ trong công nghiệp và sinh hoạt. Tuy nhiên, có những máy mà chưa thể thay thế hoàn toàn, chẳng hạn như động cơ đồng bộ. Mặc dù động cơ đồng bộ có cấu tạo phức tạp, mở máy rất khó khăn nhưng lại có những đặc tính quí giá như như hệ số công suất cosϕ rất cao, không cần lấy công suất phản kháng từ lưới và khả năng tải lớn hơn...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án thiết kế điện tử công suất

  1. Đồ án điện tử công suất LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, nhờ sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, rất nhiều loại máy móc thiết bị mới ra đời, phục vụ trong công nghiệp và sinh hoạt. Tuy nhiên, có những máy mà chưa thể thay thế hoàn toàn, chẳng hạn như động cơ đồng bộ. Mặc dù động cơ đồng bộ có cấu tạo phức tạp, mở máy rất khó khăn nhưng lại có những đặc tính quí giá như như hệ số công suất cosϕ rất cao, không cần lấy công suất phản kháng từ lưới và khả năng tải lớn hơn do momen chỉ tỉ lệ bậc nhất với điện áp. Vì vậy người ta thường cố gắng khắc phục những nhược điểm của động cơ đồng bộ. Trong đó việc tìm ra phương pháp khởi động động cơ một cách hiệu quả nhất được quan tâm thường là khởi động theo phương pháp không đồng bộ. Trên cơ sở đó bản đồ án này có nhiệm vụ thiết kế mạch tự động cấp kích từ cho động cơ đồng bộ. Mạch đảm bảo quá trình khời động cho động cơ theo chế độ khởi động không đồng bộ. Trong quá trình làm việc phải cho phép chế độ quá kích thích trong thời gian đến vài chục giây và điều chỉnh được. Các số liệu: Điện áp kích từ định mức: 75V DC. Công suất kích từ định mức: 24KV. Điện áp kích từ cực đại (quá kích từ): 130 V. Điện trở khởi động: 0,8Ω. Điện áp lưới điện: 3. 380V. Trong quá trình hoàn thành bản đồ án này, do còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm, nên không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Em rất mong được sự nhận xét, chỉ bảo của các thầy cô trong bộ môn qua đó, em có kiến thức sâu hơn về mạch tự động cấp kích từ cho động cơ đồng bộ. Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Quốc Hải và các thầy cô trong bộ môn đã nhiệt tình giúp đỡ và động viên em hoàn thành bản đồ án này. Sinh Viên: Vũ Thị Bích Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 1
  2. Đồ án điện tử công suất CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU KĨ THUẬT CỦA THIẾT BỊ I. Động cơ đồng bộ 1. Khái niệm chung: Máy đồng bộ là máy điện xoay chiều có hai dây quấn, một dây quấn nối với lưới điện có tần số W1, không đổi còn dây quấn thứ hai được kích thích bằng dòng một chiều(W2=0) Động cơ đồng bộ được sử dụng khá rộng rãi trong những công suất trung bình và lớn, có yêu cầu ổn định tốc độ cao. Động cơ đồng bộ thường dùng cho máy bơm ,quạt gió, các hệ truyền động của các nhà máy luyện kim và cũng thường được sử dụng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát - động cơ công suất lớn. Ưu điểm: có độ ổn định tốc độ cao, hệ số cosϕ và hiệu suất lớn, vận hành có độ tin cậy cao. Sơ đồ nguyên lý: U ~ + - Mạch stato của nó tương tự như động cơ không đồng bộ, mạch roto có cuộn kích từ để sinh ra từ trường trong máy và các cuộn dây khởi động( kiểu lồng sóc và dây quấn) 2. Nguyên lý làm việc: Tác dụng của từ trường do dòng kích từ gây ra lên từ trường quay của stato tạo nên momen và momen quay với tốc độ đồng bộ xác định bởi biểu thức: NDB =f: p (vòng/phút) Tốc độ góc đồng bộ là: WDB = 2Πf (rad/s) Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 2
  3. Đồ án điện tử công suất Trong đó f: tần số(Hz) p: Số đôi cực Từ trường quay trong khe hở không khí kéo theo roto quay với tốc độ đồng bộ. Xem xét đơn giản các đặc tính của động cơ đồng bộ: nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato và điện kháng tản, biểu thức của từ trường trong khe hở không khí luôn liên hệ với điện áp đặt vào stato, biên độ của từ trường này là không đổi. Xét thời điểm pha A cực đại, từ thông trong dây quấn stato là đối xứng ở lân cận dây quấn pha A. Trong trường hợp hệ số công suất của dòng điện stato =1, momen của tải làm cho roto chậm sau so với từ thông stato.Vì lý do đường sức khép kín, các dòng điện stato tạo nên sức từ động tổng. Nếu dòng kích từ tăng đột ngột, biên độ của từ thông tăng tức thời , momen tăng làm cho roto tăng tốc về phía trước cho đến khi đạt tới cân bằng ở góc lệch rất nhỏ .Vì từ thông tổng không đổi, tăng sức từ động làm phần cảm được bù băng dòng điện stato (do đó dòng điện vượt trước) sao cho sự phân bố của sức từ động stato trong một đường sức khép kín ngược với sự thay đổi của kích từ. Kết quả rõ ràng là khi tăng kích từ sẽ làm giảm góc lệch của cực từ và hệ số công suất của dòng stato sẽ vượt trước dòng điện lưới. Giảm dòng kích từ tạo ra hiệu quả ngược lại. Góc lệch cực từ tăng lên và hệ số công suất của dòng stato chậm sau điện áp lưới. 3.Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ: W W1 0 M Mmax Khi đóng stato động cơ đồng bộ vào lưới điện xoay chiều có tần số f1 không đổi, động cơ sẽ làm việc với tốc độ không đổi là tốc độ đồng bộ : W1 = 2Πf1/p. Trong phạm vi momen cho phép M ⊆ Mmax , đặc tính cơ là tuyệt đối cứng, nghĩa là độ cứng đặc tính cơ β = vô cùng. Khi momen vượt quá trị số Mmax thì tốc độ động cơ sẽ mất đồng bộ. 4. Mở máy động cơ đồng bộ: Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 3
  4. Đồ án điện tử công suất Quá trình khởi động của động cơ đồng bộ gồm 2 giai đoạn: * Giai đoạn 1: Stato của động cơ được đấu vào nguồn điện xoay chiều còn cuộn kích từ đóng kín qua điện trở hạn chế Rhc để cuộn kích từ khỏi bị quá áp do sức điện động cảm ứng sinh ra trong nó (Rhc = (8 - 10)Rkt ). Trong giai đoạn này động cơ đồng bộ được khởi động như một động cơ không đồng bộ. Khi mở máy không đồng bộ, động cơ đồng bộ lấy đà đến tốc độ gần đồng bộ nhờ momen không đồng bộ MKD của bản thân xuất hiện khi đóng mạch dây quấn phần ứng vào lưới. Sau khi được nối vào lưới có điện áp là UL và tần số lưới fl , dòng điện trong dây quấn phần ứng tạo nên từ trường quay với tốc độ ΩDB. Khi có sự xê dịch giữa từ trường quay so với roto với tốc độ ΩDB - Ω = sΩDB thì trong dây quấn kích thích nối kín mạch qua RHC và trong dây quấn cảm kiểu dây quấn ngắn mạch có bước không đều sẽ có dòng điện cảm ứng, tần số là sfL (Ω: tốc độ góc của roto, s: hệ số trượt ). Do tương tác của dòng điện cảm ứng trong các mạch vòng bị nối tắt của roto với từ trường quay có momen điện từ không đồng bộ MKD như trong động cơ không đồng bộ được hình thành chủ yếu do các dòng điện cảm ứng trong dây cuốn cản. Vì vậy các tham số dây cuốn cản (điện trở, điện kháng) thuộc vào số lượng, kích thước và vật liệu các thanh dẫn được chọn xuất phát từ các điều kiện mở máy sao cho đảm bảo đầy đủ momen không đồng bộ trong tất cả các giai đoạn khởi động. Do đó dây cuốn cản dùng cho khởi động không đồng bộ còn gọi là dây cuốn mở máy. Quan hệ giữa momen không đồng bộ của động cơ đồng bộ với hệ số trượt M=f(s): Mkd Mkdmax Rtt ≠ 0 Ms=0,05 Rtt = 0 Mm Mkd =0 0 s s0 0,05 smax 0,5 1 Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 4
  5. Đồ án điện tử công suất Khi bắt đầu quay, lúc đó hệ số trượt s = 1, momen mở máy bắt đầu Mmm tác dụng lên roto và ở hệ số trượt smax thì xuất hiện momen cực đại Mmax. Momen không đồng bộ tỉ lệ với bình phương điện áp lưới Mkd ≡ U2 . Do đó nhất thiết phải nói là các trị số đặc tính của nó M, Mmax được xác định ở điện áp nào. Thông thường các momen đặc trưng không đồng bộ được biểu thị theo tỉ số momen định mức của động cơ ở chế độ đồng bộ: Mmm,/ Mđm, Mmax/Mđm. Ta thấy trong việc hình thành momen không đồng bộ , ngoài sự tham gia của dây cuốn cản còn có dây cuốn kích thích vốn là dây cuốn 1 pha. Dòng điện cảm ứng trong dây quấn kích thích tạo ra từ trường đập mạch hướng theo dọc trục, khác với từ trường quay sinh ra do dòng điện nhiều pha trong dây quấn cản. Do đó trong đường cong momen không đồng bộ xuất hiện “chỗ lõm” ở khu vực s = 0.5 có thể làm cho việc mở máy động cơ bị xấu đi. Cũng phải nhấn mạnh là khi mở máy , dây quấn kích từ nhất thiết phải nối với máy kích thích hoặc điện trở triệt từ vì trong dây quấn kích từ để hở mạch sẽ xuất hiện điện áp đáng kể chọc thủng cách điện và làm hỏng máy. * Giai đoạn 2: Cuối giai đoạn thứ nhất: khi tốc độ đạt 95% -98% tốc độ đồng bộ. Lúc này ta đưa dòng kích từ vào roto để tạo ra momen đưa tốc độ động cơ lên đồng bộ. Giai đoạn này rất quan trọng vì nếu không đưa động cơ lên tốc độ đồng bộ thì động cơ sẽ làm việc ở trạng thái không đồng bộ và cuộn khởi động sẽ bị phát nóng quá mức, có thể bị cháy. 5. Vào/ ra đồng bộ: Sau khi mở máy và được kéo vào đồng bộ , ở chế độ xác lập dòng điện trong dây quấn đó không tồn tại. Tuy nhiên, bất kì quá trình quá độ nào liên quan đến sự thay đổi điện áp dòng kích từ hoặc momen ngoài thì từ thông móc vòng với dây cuốn cản thay đổi và trong dây cuốn đó xuất hiện dòng điện cảm ứng làm quá trình quá độ tiến hành thuận lợi hơn. Điều này làm cho máy đồng bộ hàng loạt các loại đặc tính quí giá mà quan trọng nhất là khả năng làm việc ở những chế độ đồng bộ mà ở cả chế độ không đồng bộ trong trường hợp mất đồng bộ. Cũng có khả năng là momen không đồng bộ xuất hiện trong khoảnh khắc tốc độ góc roto lệch khỏi đồng bộ, khi đó việc xuất hiện momen không đồng bộ tạo thuận lợi làm chuyển dễ dàng hơn sang chế độ mới, khôi phục lại tốc độ đồng bộ của roto. Điện áp lưới sụt thấp, dòng kích từ momen giảm hoặc momen ngoài tăng đột ngột có thể là nguyên nhân mất đồng bộ. Sự mất đồng bộ sẽ xảy ra khi momen ngoài vượt momen đồng bộ cực đại Mdbmax. Sau đó mất đồng bộ dưới tác dụng của momen ngoài, tốc độ góc quay của rôto trở lên lớn hơn Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 5
  6. Đồ án điện tử công suất Khi tốc độ roto càng sai khác tốc độ từ trường thì hệ số trượt tăng, momen điện từ không đồng bộ tăng dần và ở một hệ số trượt s nào đó, momen ngoài có thể cân bằng momen điện từ không đồng bộ. Khả năng làm việc của máy đồng bộ ở chế độ không đồng bộ sau khi mất đồng bộ được xác định do đặc tính của momen không đồng bộ của máy. Hệ số trượt xác lập chế độ không đồng bộ. MN R cos ϕ s= = 2 2 dm M kd UL Hệ số trượt này rất bé , trong các máy lớn bằng vài phần nghìn. Do đó sau khi mất đồng bộ trong nhiều trường hợp máy chuyển sang chế độ không đồng bộ. Thời gian kéo dài cho phép của chế độ không đồng bộ thuộc tổn hao sinh ra trong các mạch bị nối tắt ở roto. Pcu 2 = s. Pdt ≈ s. P Nó phải được đánh giá từ trước bằng tính toán nhiệt thông thường có thể làm việc dài hạn ở chế độ không đồng bộ khi hạ thấp công suất chút ít . Vì ở chế độ không đồng bộ , máy không phát công suất phản kháng vào hệ thống nên sau khi loại trừ sự cố dẫn đến mất đồng bộ phải đưa máy trở lại chế độ đồng bộ. Quá trình đưa từ chế độ không đồng bộ về chế độ đồng bộ gọi là tái đồng bộ . Quá trình tái đồng bộ tương tự như đồng bộ. Nếu hệ số trượt ở chế độ không đồng bộ nhỏ hơn nhiều so với hệ số trượt vào đồng bộ so , ở đó có thể kéo vào đồng bộ thì có thể thực hiện tái đồng bộ mà không cần phải tác động gì. Nếu ở chế độ không đồng bộ, hệ số trượt s lớn hơn s0 thì phải điều chỉnh dòng kích từ: tăng dòng kích từ để có thể kéo vào động bộ. II. Yêu cầu công nghệ và yêu cầu kỹ thuật. Mạch tự động cấp kích từ cho động cơ không đồng bộ, đảm bảo quá trình khởi động cho động cơ theo chế độ không đồng bộ. Trong quá trình làm việc phải cho phép chế độ quá kích thích trọng thời gian đến vài trục giây và điều chỉnh được. Ta biết rằng khởi động động cơ đồng bộ là quá trình đưa động cơ vào làm việc bắt đầu đặt điện áp xoay chiều 3 pha vào dây quấn stato, trong máy có từ trường quay quay với tốc độ Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 6
  7. Đồ án điện tử công suất 60 f p Nhưng không phải lúc nào động cơ cũng vào được tốc độ đồng b. Khi phát hiện hệ có nguy cơ mất đồng bộ thì tự động cấp quá kích thích để tăng dòng kích từ để giữ đồng bộ song chỉ nên duy trì một thời gian. Sau khoảng thời gian này mà vẫn không thể vào được đồng bộ thì ngắt hệ ra khỏi nguồn và thực hiện lại quá trình khởi động. Thực tế cho thấy là động cơ làm việc đồng bộ rồi mà vẫn có thể mất đồng bộ do các nguyên nhân như điện áp lưới sụt thấp, dòng kích từ giảm hoặc momen cảm tăng đột ngột. Có thể phát hiện ra bằng cách so sánh tốc độ của roto với tốc độ của từ trường (nhờ phản hồi âm tốc độ) tức là trong mạch có sử dụng một máy phát tốc. Sau đó lại tự động thực hiện quá trình cấp quá kích từ như trên. Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 7
  8. Đồ án điện tử công suất CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN I. Hệ kích từ máy đồng 1. Dùng máy kích thích một chiều. Máy kích thích một chiều FKt, FK được kéo một động cơ sơ cấp (có thể dùng động cơ không đồng bồ roto lồng sóc). Có cuộn dây kích từ LFK nối song song. Biến trở R để thay đổi từ thông của FK nhằm thay đổi điện áp phát ra của FK. Như vậy sức điện động cảm ứng sinh ra trong dây quấn cảm ứng phụ thuộc dòng kích thước it và tốc độ quay của máy theo biểu thức: dit a. R.it + LFK . =E dt Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 8
  9. Đồ án điện tử công suất dit Khi dòng điện đạt đến trị số xác lập it = It thì = 0 và điện áp ngược được tạo ra ở dt đầu máy là a. R. It = E. Do đó điện áp xác lập của FK phụ thuộc vào biến trở R. a3R > a2R >a1R Edư Nhận thấy trên đường đặt tính khi R tăng thì điện áp phát ra sẽ giảm vì vậy muốn thay đổi dòng kích từ qua dây quấn kích từ của động cơ thì phải thay điện trở kích từ của dây quấn kích từ và thay đổi tốc độ của động cơ sơ cấp. Việc điều chỉnh R là rất khó khăn và độ chính xác không cao hơn nữa việc thay đổi tốc độ động cơ sơ cấp không dễ và phạm vi điều chỉnh hẹp. Vì vậy dùng máy kích từ một chiều để cấp kích từ cho động cơ đồng bộ có công suất lớn là không kinh tế và rất khó khăn trong việc khởi động và giữ đồng bộ động cơ với lưới. 2. Hệ kích từ dùng máy kích từ xoay chiều kết hợp với bộ chỉnh lưu: Có 2 phương án: a. Máy kích từ có phần cảm quay, phần ứng tĩnh b. Máy kích từ xoay chiều có phần cảm tĩnh, phần ứng quay Theo phương pháp này, phần tĩnh và phần quay được trình bày tách biệt bằng đường phân ranh giới thẳng đứng. Muốn dòng điện đi qua đường phân ranh giới đó cần phải có vành trượt và chổi điện. Rõ ràng là phương án (b) không đòi hỏi vành trượt và chổi điện. Ưu điểm này rất quan trọng đối với những máy đồng bộ công suất lớn cần dòng kích từ mạch (khoảng 3000A cho máy phát đồng bộ 600KW). Tuy nhiên giải pháp này kéo theo những khó khăn về chế tạo phần ứng quay (so với chế tạo phần cảm quay), hơn nữa các điot chỉnh lưu phải chịu các lực ly tâm lớn và phải được đặt sao cho roto đảm bảo cân bằng động. Máy kích từ xoay chiều được nối trục với máy phát đồng bộ. Dòng điện phần ứng của máy kích từ điều chỉnh trực tiếp dòng kích từ It. Dùng tiristo chỉnh lưu sẽ làm tăng nhanh đáp ứng điều khiển, nhưng đối với phương án (b) khó khăn gặp phải là vấn đề truyền tín hiệu điều khiển vào tiristo quay. 3. Hệ tự kích thích: Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 9
  10. Đồ án điện tử công suất Trong trường hợp này điện áp và dòng kích từ tỷ lệ với tổng vectơ các điện áp Ut và Ui của các máy biến áp TU và máy biến dòng TI. II. Sơ đồ chỉnh lưu Để cung cấp nguồn 1 chiều cho cuộn kích từ của động cơ đồng bộ, ta phải sử dụng một mạch chỉnh lưu để biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều có sẵn thành năng lượng dòng điện 1 chiều. Thực tế có rất nhiều phương án có thể sử dụng được, tuy nhiên để có một mạch chỉnh lưu phù hợp với yêu cầu thiết kế ta cần xét một cách tổng quan về các sơ đồ chỉnh lưu. Các bộ chỉnh lưu điốt không thể làm thay đổi điện áp ra nên ta chỉ xét các mạch chỉnh lưu điều khiển 1. Chỉnh lưu một pha: Chỉnh lưu một pha thường được chọn khi nguồn cấp là lưới điện một pha, hoặc công suất không quá lớn so với công suất lưới (làm mất đối xứng điện áp lưới) và tải không có yêu cầu quá cao về chất lượng điện áp một chiều. Trong chỉnh lưu một pha nếu tải có dòng địên lớn và điện áp thấp, thì sơ đồ một pha chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính có ưu điểm hơn, bởi vì trong sơ đồ này tổn hao trên van bán dẫn ít hơn, nên công suất tổn hao trên van so với công suất tải nhỏ hơn, điện áp ngược của van lớn (nếu điện áp cao mà chọn sơ đồ này có thể không chọn được van bán dẫn). Nếu tải có điện áp cao và dòng điện nhỏ thì việc chọn sơ đồ cầu chỉnh lưu một pha hợp lý hơn do hệ số điện áp ngược của van trong sơ đồ cầu nhỏ hơn do đó dễ chọn van. Chỉnh lưu một pha cho ta điện áp với chất lượng chưa cao, biên độ đập mạch điện áp quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn: điều này không đáp ứng được cho nhiều loại tải. Do nguồn cấp là lưới 3 pha công nghiệp nên việc sử dụng chỉnh lưu một pha có nhiều hạn chế, mặt khác do yêu cầu về chỉnh lưu và giá trị điện áp, dòng điện lớn nên ta không nên dùng chỉnh lưu một pha. Yêu cầu cao về chất lượng điện áp một chiều cung cấp cho cuộn kích từ để đảm bảo tốc độ đồng bộ cho động cơ đồng bộ cần thực hiện với mạch chỉnh lưu nhiều pha hơn. 2. Chỉnh lưu 3 pha: a. Chỉnh lưu tia 3 pha: Chỉnh lưu tia 3 pha không cho phép đấu thẳng vào lưới điện như vậy phải sử dụng máy biến áp có công suất lớn hơn công suất phía một chiều 1,35 lần. Bộ chỉnh lưu này chỉ sử dụng 3 Thyristor đấu katôt chung vì vậy việc điều khiển chúng là dễ dàng. Tuy nhiên do công suất phía một chiều đòi hỏi lớn lên khi sử dụng bộ chỉnh lưu này sẽ làm mất đối xứng giữa tải và nguồn. Vì vậy, chỉnh lưu tia 3 pha thường được chọn khi công suất tải không quá lớn so với biến áp nguồn cấp (để tránh gây mất đối xứng cho nguồn lưới), và khi tải có yêu cầu không Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 10
  11. Đồ án điện tử công suất b. Chỉnh lưu cầu 3 pha: Đây là loại được sử dụng nhiều nhất trong thực tế vì có nhiều ưu điểm hơn cả. Nó cho phép đấu thẳng vào lưới điện 3 pha, độ đập mạch rất nhỏ (5%), nếu có dùng biến áp thì gây méo lưới điện ít hơn các loại trên, đồng thời công suất máy biến áp cũng chỉ xấp xỉ công suất tải. Công suất mạch chỉnh lưu này có thể rất lớn, đến hàng trăm kw. Chỉnh lưu cầu 3 pha sẽ được chọn khi cần chất lượng điện áp ra một chiều tốt vì đây là sơ đồ có chất lượng điện áp ra tốt nhất trong các sơ đồ chỉnh lưu thường gặp. Để giảm tiết diện dây quấn thứ cấp biến áp thì các cuộn dây thứ cấp biến áp có thể đấu tam giác. Nhược điểm của chỉnh lưu cầu 3 pha là sụt áp trong mạch van gấp đôi sơ đồ hình tia nên cũng không phù hợp với cấp điện áp ra tải dưới 10 V. Kết luận: Từ thực tế của yêu cầu thiết kế với yêu cầu về chất lượng điện áp một chiều tốt để có thể cung cấp cho cuộn kích từ của động cơ đồng bộ, đảm bảo cho việc tạo ra tốc độ đồng bộ theo yêu cầu và được duy trì lâu dài, với số liệu đã cho về giá trị điện áp, dòng điện, công suất kích từ,... ta nhận thấy việc sử dụng mạch chỉnh lưu dùng sơ đồ cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả. Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 11
  12. Đồ án điện tử công suất CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH THIẾT KẾ. I. Sơ đồ nguyên lý mạch lực: 1. Sơ đồ 2. Nguyên lý hoạt động. Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 12
  13. Đồ án điện tử công suất Thông thường chỉnh lưu cầu 3 pha không cần có máy biến áp lực. Tuy nhiên do yêu cầu điện áp phía một chiều là 75V cho nên cần phải có máy biến áo để giảm điện áp lưới đặt vào bộ chỉnh lưu. Mạch lực bao gồm các phần tử sau: Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha gồm 6 Thyristor. Các van nhóm lẻ T1, T3, T5 đấu KC, các van nhóm chẵn T2,T4, T6 đấu AC. Các van mở khi nó đã thỏa mãn được điều kiện mở: với van chẵn thì phải có ϕA âm nhất, với van lẻ dương nhất và phải có xung điều khiển mở. Các van tự khóa nhờ đặt điện áp ngược khi có van khác dẫn. Trên mạch có tiếp điểm của 2 côngtăctơ CTT1 và CTT2 trong đó có 2 tiếp điểm thường đóng và 2 tiếp điểm thường mở. Các tiếp điểm này đóng mở để đảm bảo yêu cầu đóng mở trong quá trình khởi động và đảm bảo kích từ. Điện trở RT là điện trở triệt từ có tác dụng tiêu tán năng lượng cảm ứng của dây quấn kích từ phía stato để tránh làm hỏng dây quấn kích thích. Dây quấn kích thích là phần cố định được đặt trong roto của động cơ. Khi có dòng điện kích từ một chiều chạy qua dây quấn kích thích sẽ tạo ra momen đồng bộ để kéo roto vào đồng bộ. Để khởi động động cơ đồng bộ theo phương pháp khởi động không đồng bộ, ban đầu đóng điện lưới cấp cho stato. Nhờ có dây quấn khởi động đặt trong roto nên nó sẽ tạo ra momen không đồng bộ làm cho roto quay. Do dây quấn kích từ được đặt ở roto nên khi cấp điện cho stato thì thì trường quay của stato quét nó với tốc độ đồng bộ sẽ tạo ra điện áp cao trên nó. Tuy nhiên, nhờ tiếp điểm thường đóng trong suốt quá trình này nên giây quấn kích từ được nối ngắn mạch qua RT. Vì vậy năng lượng được tiêu tán qua RT để bảo vệ giây quấn kích từ (RT là điện trở khởi động, có thể cho dòng rất lớn đi qua trong thời gian ngắn). Ở giai đoạn này thì bộ chỉnh lưu vẫn hoạt động nhưng cấp cho tải do tiếp điểm thường hở làm hở mạch vì vậy dòng kích từ qua dây quấn kích từ it = 0. Khi động cơ đạt được tốc độ gần bằng tốc độ đồng bộ thì côngtăctơ sẽ tác động. Lúc này tiếp điểm thường đóng, mở ra ngắt Rt ra khỏi mạch con tiếp điểm thường hở đóng lại nhờ vậy bộ chỉnh lưu sẽ cấp nguồn một chiều cho dây quấn kích từ vì vậy sẽ xuất hiện một momen đồng bộ tác dụng tương hỗ với momen không đồng bộ, tăng tốc cho đồng bộ để kéo roto đồng bộ vào đồng bộ. Vì một lý do nào đó mà động cơ chưa thể vào đồng bộ mặc dù tốc độ vẫn cho phép vào đồng bộ (côngtăctơ 2 vẫn đóng, côngtăctơ 4 vẫn mở thì mạch điều khiển sẽ giảm góc mở α của Thyristor để dòng điện áp ra của chỉnh lưu). Nhờ đó tăng dòng kích từ qua dây quấn kích từ vì vậy sẽ tăng momen đồng bộ và kéo roto vào tốc độ đồng bộ. Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 13
  14. Đồ án điện tử công suất Nếu động cơ chưa vào được đồng bộ và tốc độ không cho phép vào đồng bộ nữa thì côngtăctơ 3 mở ra, côngtăctơ 4 đóng lại. Lúc đó it = 0 và dây quấn kích từ lại được nối với Rt. Vì vậy muốn động cơ vào đồng bộ thì phải tìm hiểu nguyên nhân và cố gắng khắc phục để động cơ đạt được tốc độ vào đồng bộ. Nhận thấy mặc dù vẫn có điện áp phía một chiều xong đến khi động cơ đạt được tốc độ vào đồng bộ thì mới xuất hiện dòng kích từ it qua dây quấn kích từ. Khi phát hiện ra tốc độ đồng bộ đạt được tốc độ vào đồng bộ thì côngtăctơ 2 sẽ tác động nhờ điện áp tác động Vhctt = f(n). II. Sơ đồ mạch điều khiển. 1. Sơ đồ Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 14
  15. Đồ án điện tử công suất 2. Nguyên lí Do sử dụng 6 Thyristor trong mạch cầu 3 pha nên phải có 6 mạch điều khiển đề điều khiển chúng. ở đây chỉ trình bày sơ đồ điều khiển của một Thyristor. Trong sơ đồ có khâu đồng pha, khâu tạo điện áp tựa, khâu so sánh, khâu tạo xung chùm, khâu khuyếch đại xung biến áp xung và phần thực hiện điện áp điều khiển. Biến áp đồng pha có điện áp sơ cấp lấy từ thứ cấp biến áp mạch lực. Cuộn sơ cấp đấu tam giác để tăng góc điều khiển cho các thyristor Thứ cấp biến áp điều khiển gồm 6 cuộn dây và có điểm trung tính . Mỗi cuộn dây dùng để tạo ra một điện áp đồng pha có biên độ phù hợp để điều khiển một thyristor trên mạch lực. Bộ tạo xung răng cưa tạo ra một xung răng cưa tuyến tính nhờ sự phóng nạp của tụ C1 qua các tranzito Tr1 và Tr2. Khi Tr1 khoá, tụ C1 được nạp điện áp từ nguồn +E qua Tr2 tạo ra xung răng cưa, khi Tr1 mở bão hoà tụ C1 phóng điện qua Tr1 về 0. Bộ tạo nguồn điều khiển là giá trị điện áp được thiết lập nhờ điện áp đặt trên biến trở VR1 cộng với điện áp phản hồi đưa về từ máy phát tốc thông qua bộ điều chỉnh PI và bộ hạn chế tín hiệu dòng điện. Giá trị điện áp này thay đổi tuỳ thuộc vào tốc độ của động cơ đồng bộ BĐ. Khâu so sánh có hai đầu vào là xung răng cưa và điện áp điều khiển được tạo ra bởi việc cộng hai điện áp là điện áp đặt lấy trên biến trở VR1 và điện áp phản hồi lấy từ máy phát tốc thông qua bộ điều chỉnh tỉ lệ tích phân PI. Tín hiệu này sau đó được đưa qua khâu hạn chế dòng rồi mới đưa tới bộ so Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 15
  16. Đồ án điện tử công suất Để đảm bảo mở chắc chắn các thyristor trên mạch lực dùng bộ tạo xung chùm bằng vi mạch 555. Sau đó đưa vào cổng và (cổng AND) để trộn với xung chữ nhật ở đầu ra bộ so sánh. Chu kỳ của xung chùm có thể chọn lựa để phù hợp với các thyristor đã có. Khâu khuếch đại sau cùng dùng sơ đồ đấu Dalingtơn với hai tranzitor. Khâu này có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều khiển các tiristo trước khi đưa vào cực điều khiển của chúng. Khuếch đại ở đây là việc tạo ra đủ công suất để mở các thyristor. Tín hiiêụ điều khiển sau đó được đưa qua máy biến áp xung. Biến áp xung có nhiệm vụ cách ly mạch lực với mạch điều khiển. Mục đích là để đảm bảo các thiết bị trong mạch điều khiển không bị ảnh hưởng bởi điện áp cao từ mạch lực. Ngoài ra biến áp xung còn làm nhiệm vụ phối hợp trở kháng giữa tầng khuếch đại xung và cực điều khiển van lực. Trên mạch điều khiển còn có các rơle: RL1 và RL2 làm nhiệm vụ điều khiển các tiếp điểm của chúng đóng cắt các côngtăctơ CTT1 à CTT2 trên mạch lực. Điều này được tạo ra nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ là tự động cấp kích từ cho động cơ đồng bộ. Còn bộ tạo trễ dung vi mạch 555 để tạo thời gian trễ khi cấp quá kích từ cho động cơ. CHƯƠNG 4: Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 16
  17. Đồ án điện tử công suất TÍNH TOÁN MẠCH LỰC. I. Tính toán van động lực. 1. Chọn van động lực. Các van động lực được chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện tỏa nhiệt, điều kiện làm việc. * Điện áp ngược cơ bản của van. Ud 2,45 Unmax = knv = kvn . = . 130 = 136,11 ku 2,34 knv = 2,45 : hệ số điện áp ngược ku = 2,34 : hệ số điện áp tải. U2, U2 , Umax: điện áp tải, điện áp nguồn xoay chiều, điện áp ngược của van. Để chọn van theo điện áp hợp lí thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp làm việc, chọn qua hệ số dự trữ kdtu = 2. → Unv = kdtu . Unmax = 272,22 (V). * Dòng làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng Id Ilv = Ihd = khd . Id = 3 Có: Uktmax = 130V Uktđm = 75V Pkt = 24 . 103 W 3 Pkt 24.10 → Iktđm = = = 320 (A) U ktdm 75 U ktdm 75 Rkt = = = 0,234Ω I ktdm 320 U ktdm 130 Iktmax = = = 555,556A Rkt 0,234 Vậy dòng làm việc của van là: I d 555,556 Ilv = = = 185,2 A 3 3 Với các thông số làm việc trên và chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt với đầy đủ diện tích toả nhiệt, không quạt đối lưu không khí: thông số cần có của van động lực: Unv = 2. Ulv = 272,22 V Uđmv = ki . Ilv = 185,2 . 1,2 = 222,24 A. Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 17
  18. Đồ án điện tử công suất (Chọn hệ số dự trữ dòng điện ki = 1,2). Ta được Thyristor C184C có các thông số sau: Unmax = 300V Iđm = 300A dòng đỉnh Ipikmax = 300mA. áp xung điều kiển: Ug,max = 3,0 dòng tự giữ: Ih,max = 500mA dòng dò: Irmax = 20mA ΔUmax = 1,8. du = 200V / s dt Thời gian chuyển mạch (mở và khóa) t0em = 10μs. Tmax = 1250C 2. Tính toán máy biến áp Chọn máy biến áp 3 pha, 3 trụ sơ đồ đấu dây Δ/Y làm mát bằng không khí tự nhiện. Tính các thông số cơ bản: + Tính công suất biểu kiến của máy biến áp: Công suất tối đa của tải Pđmax = Uđ0 . Iđ = 158,8 . 555,556 = 88,22KW → Công suất máy biến áp nguồn Sba = 1,05 Pđ = 92,631 KVA P 1,05.24.10 3 S = Ks . Pđ = Ks . = = 29,647.10 3 η 0,85 + Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: Up = 380V + Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp: Phương trình cân bằng điện áp khi có tải: Uđ0 . cos(αmin) = Uđ + 2. ΔUv + ΔUđn + ΔUba + ΔUγ Trong đó: αmin = 100 là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lưới. ΔUv = 2,8V là sụt áp trên Thyristor ΔUđn = 0 là sụt áp trên dây nối. ΔUba = ΔUr + ΔUx là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp. ΔUγ là sụt áp do hiện tượng chuyển mạch gây ra khi điện kháng phía Xc là đáng kể chọn ΔUγ = 9% . ΔUđ = 11,7V. Chọn sơ bộ: Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 18
  19. Đồ án điện tử công suất ΔUba = 7%. Uđ = 7% . 130 = 9,1V Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có: U d + 2.ΔU v + ΔU dl + 2ΔU ba + ΔU γ 130 + 2.2,8 + 0 + 19,1 + 1,7 ΔUđ0 = = = 158,8V cos(α min ) cos(10 0 ) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U d 0 158,8 U2 = = = 67,63 ku 2,34 + Dòng điện hiệu dụng sơ cấp của máy biến áp: 2 2 I2 = .I d = .555,556 = 453,6 A 3 3 + Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: U2 67,63 I1 = .I 2 = .453,6 = 80,47 A U1 380 a. Tính sơ bộ mạch từ (xác định kích thước bản mạch từ). + Tính tiết diện sơ bộ trụ. S ba QFe = KQ . mf Trong đó: KQ là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy KQ = 6 M là số trụ của máy biến áp F là tần số xoay chiều, ở đây f = 50Hz Thay số ta được: QFe = 147,62 + Đường kính trụ: 4.QFe 4.147,62 d= = = 13,7cm π π Chuẩn đoán đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 14cm + Chọn loại thép ∃330 các lá thép có độ dày 0,5mm Chọn mật độ từ cảm trong trụ Bt = (T) h + Chọn tỷ số m = = 2,3 , suy ra h = 2,3 . d = 32,2cm d Ta chọn chiều cao trụ là 32 cm. b. Tính toán dây quấn. + Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp. Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 19
  20. Đồ án điện tử công suất U1 380 W1 = . f .Q Fe .Bt = .50.147,62.10 − 4.1,0 = 115,9 4,44 4,44 Lấy W1 = 116 vòng + Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp U2 67,86 W2 = .W1 = .116 = 20,7 vòng U1 380 Lấy W2 = 21 vòng. + Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp. Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2) + Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp I1 80 4S cw1 S1 = = = 29 mm2, suy ra đường kính dây d1 = = 6,07 mm J 1 2,75 π + Tính lại mật độ dòng diện trong cuộn sơ cấp. I 1 80 J1 = = = 2,76 A/mm2 S1 29 + Tiết diện dây dẫn thứ cấp của máy biến áp. I 2 453,6 4S cw2 S2 = = = 164,94 mm2, suy ra d2 = = 14,5 mm J1 2,75 π c. Kết cấu dây dẫn sơ cấp: Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục + Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp h − 2h g 32 − 2.1,5 W11 = .k c = .0,95 = 43 vòng d n1 0,607 + 0,03 Trong đó: kc = 0,95 là hệ số ép chặt h là chiều cao trụ hg là khoảng cách từ gông đến cuộn sơ cấp Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông là 1,5cm + Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp W1 116 n11 = = = 2,69 lớp W11 43 + Chọn số lớp n11 = 3 lớp. Như vậy có 116 vòng chia thành 3 lớp, chọn 2 lớp đầu vào có 40 vòng, lớp thứ 3 có 116 – 3.40 = 36 vòng. + Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp: Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản