zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Cơ khí - Chế tạo máy

Đồ án: Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập

Chia sẻ: Nam Nam | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:32

Báo xấu

196
lượt xem 37
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung đồ án trình bày công nghệ, phân tích và thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập. Để hiểu rõ hơn mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung đồ án.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án: Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập

Trường đại học bách khoa Hà Nội MỤC LỤC. LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc đổi mới công nghệp hóa hiện đại hóa đất nước, vấn đề áp dụng khoa học kĩ thuật vào các quy trình sản xuất là vấn đề cấp bách hàng đầu. Cùng với sự phát triển của một số ngành như điện tử, công nghệ thông tin…… ngành tự động hóa công nghiệp cũng đã phát triển vượt bậc. Tự động hóa các quy trình sản xuất đang rất phổ biến, có thể thay thế sức lao động con người, đem lại năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt. Hiện nay, các hệ thống dây chuyền tự động trong các nhà máy, xí nghiệp được sử dụng rất rộng rãi, vận hành có độ tin cậy cao. Vấn đề quan trọng trong các dây chuyền sản xuất là điều chỉnh tốc độ động cơ, để nâng cao năng xuất.Với hệ truyền động điện một chiều được ứng dụng nhiều trong các yêu cầu điều chỉnh cao, cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật vi điện tử. Hệ truyền động một chiều điều chỉnh đồng thời điện áp phần ứng động cơ và từ thông đã trở thành giải pháp tốt cho các hệ thống có yêu cầu chất lượng cao. Cùng với sự phát triển của ngành điện tử công suất ứng dụng động cơ điện một chiều và công nghiệp là hết sức quan trọng. Việc sử dụng động cơ 1 chiều với nhiều mục đích như để đảm bảo yêu cầu công nghệ của phụ tải. Để hiểu rõ được vai trò của hệ truyền động điện, điện tử công suất và động cơ điện 1 chiều thông qua môn đồ án II này, được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Danh Huy với nội dung chính của đề tài: Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập, điều chỉnh động cơ, có bảo vệ mất kích từ. Công suất định mức (kW) Điện áp định mức(V) Dải điều Nguồn cấp chỉnh 30 440 30:1 3x380;50Hz Đồ án II 1
Trường đại học bách khoa Hà Nội Em xin chân thành cảm ơn sự tận tình giúp đỡ của thầy Nguyễn Danh Huy đã hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 28,tháng 12, năm 2018. Sinh viên thực hiện LÊ VĂN NAM Đồ án II 2
Trường đại học bách khoa Hà Nội CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VÀ PHÂN TÍCH. 1.1. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập. 1.1.1. Động cơ một chiều kích từ độc lâp. 1.1.1.1. Động cơ một chiều kích từ độc lập gồm 2 phần chính là roto và stato. Phần stator (phần tĩnh): đó là phần đứng yên của máy, gồm các bộ phần như cực từ chính, cực từ phụ, gông từ, chổi than , nắp máy. + Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ được tạo thành từ những lá thép kĩ thuật điện hay thép cacbon tán chặt. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây dồng bọc cách điện. +Cực từ phụ: cực từ phụ là cực từ đặt giữa các cực từ chính. Lõi thép cảu cực từ phụ được làm bằng thép khối. + Gông từ: gông từ là mạch từ dùng để nối liền các cực từ, đồng thời là vỏ máy. Phần roto (phần động) : là phần chuyển động của động cơ, bao gồm lõi sắt dây quấn, cổ góp và một số bộ phận khác. + Lõi sắt phần ứng: là lõi sắt dùng để dẫn từ, được làm từ những tấm thép kĩ thuật điện, có phủ lớp cách điện mỏng giữa hai mặt. + Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra suất điện động và có dòng chạy qua. Dây quấn được làm bằng dây đồng có bọc cách điện. + Cổ góp: hay gọi là vành góp dùng để đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều. Đồ án II 3
Trường đại học bách khoa Hà Nội 1.1.1.2. Nguyên lí làm việc: Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập. Hình 1.1: Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập. Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn Ukt, dây quấn kích từ sinh ra từ thông Φ . Trong tất cả các trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo có Φmax tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ Rkt đến nhỏ nhất có thể. Cũng cần đảm bảo không xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ không quay được, do đó Eư =0 và theo biểu thức U = Eư + Rư Iư thì dòng điện Iư sẽ rất sớm làm cháy động cơ. Nếu momen do động cơ điện sinh ra lớn hơn momen cản, roto bắt đầu quay và suất điện động Eư sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n. Do sự xuất hiện và tăng lên của Eư, dòng điện Iư sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn. Tăng dần Iư bằng cách tăng Uư hoặc giảm điện trở mạch điện phần ứng cho tới khi máy đạt tốc độ định mức. Trong quá trình tăng Iư cần chú ý không để lớn quá so với Iđm để không xảy ra cháy động cơ. Đồ án II 4
Trường đại học bách khoa Hà Nội 1.1.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ: 1.1.2.1. Phương pháp thay đổi điện trở phụ. Phương pháp này người ta thường áp dụng để hạn chế dòng điện khởi động và điều khiển tốc độ động cơ dưới tốc độ cơ bản. Tuy vậy nhương phương pháp này điều khiển tốc độ không triệt để. Hình 1.2: Đặc tính điều chỉnh động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ. 1.1.2.2. Phương pháp thay đổi từ thông. Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mômen điện từ của động cơ M = K.Φ.Iư và sức điện động quay của động cơ Eư = K.Φ.ω Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến: ik = + ωk Trong đó rk – điện trở dây quấn kích thích rb – điện trở của nguồn điện áp kích thích ωk – số vòng dây của dây quấn kích thích Đồ án II 5
Trường đại học bách khoa Hà Nội Thường khi điều chỉnh điện áp phần ứng được giữ nguyên bằng giá trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức và được gọi là đặc tính cơ bản. Hình 1.3:Đặc tính điều chỉnh động cơ bằng cách thay đổi từ thông. Vì βΦ = nên độ cứng đặc tính cơ giảm rất nhanh khi ta giảm từ thông để tăng tốc độ cho động cơ 1.1.2.3. Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng. Khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên. Đồ án II 6
Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 1.4: Đặc tính điều chỉnh động cơ bằng thay đổi điện áp. Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp ( giảm áp ) thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng được dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động 1.2. Bộ chỉnh lưu. 1.2.1. Mạch chỉnh lưu tia ba pha. Đồ án II 7
Trường đại học bách khoa Hà Nội T1 T2 L1 T3 R1 Hình 1.6: Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha. Nhận xét: Chỉnh lưu tia ba pha cần có biến áp nguồn để đưa điểm trung tính ra tải. Công suất máy biến áp này hơn công suất một chiều 1,35 lần, tuy nhiên sụt áp trên mạch van nhỏ nên thích hợp trong phạm vi điện áp thấp. Vì sử dụng nguồn ba pha nên cho phép nâng công suất tải lên nhiều. Mặt khác độ đập mạch ra sau chỉnh lưu cũng giảm đáng kể nên kích thước bộ lọc cũng nhỏ đi nhiều. 1.2.2. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha. Đồ án II 8
Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 1.1: sơ đồ dạng sóng của chỉnh lưu cầu 3 pha. Các van nhóm lẻ thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm katốt chung UKC, các van nhóm chẵn thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm anốt chung UAC. Công thức: Đồ án II 9
Trường đại học bách khoa Hà Nội Nhận xét: chỉnh lưu cầu ba pha là loại được sử dụng rộng rãi nhất vì ưu điểm lớn hơn cả. Nó cho phép đấu thẳng vào điện lưới 3 pha, độ đập mạch nhỏ hơn 5%. Nếu có sử dụng máy biến áp thì gây méo lưới điện ít hơn các loại khác. Đồng thời công suất mạch chỉnh lưu này có thể lớn đến hang trăm kW. Nhược điểm là sụt áp trên van lớn gấp đôi so với sụt áp trên van của sơ đồ hình tia. Chọn mạch van: Theo đề bài Pd = 30 (kW), Udm =440 V. Pd = 30 > 5 (kW) ta nên chọn sơ đồ ba pha. Udm cao nên ta nên chọn sơ đồ cầu  Như vậy: Ta sẽ chọn mạch lực là chỉnh lưu sơ đồ cầu 3 pha có điều khiển. CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN MẠCH LỰC. 2.1. Chọn mạch động lực. Như đã trình bày ở chương II, em chọn mạch động lực là chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển. Đồ án II 10
Trường đại học bách khoa Hà Nội Sơ đồ mạch lực như hình dưới: Đồ án II 11
Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 2.1: Sơ đồ mạch lực. Đồ án II 12
Trường đại học bách khoa Hà Nội 2.2. Tính toán máy biến áp động lực.  Chọn máy biến áp ba pha sơ đồ đấu dây Y/Y0, làm mát bằng không khí tự nhiên. 2.2.1. Tính toán điện áp chỉnh lưu không tải. Udo = Ud,kt = Ud + Uv + UR + UX Trong đó: Ud :Điện áp chỉnh lưu yêu cầu. Uv: sụt áp trên van. UR : sụt áp trên điện trở thuần. UX: sụt áp gây bởi hiện tượng chuyển mạch. Ud = 440V Sụt áp trên van: Uv = 1,5 (V), với sơ đồ cầu bap ha là: 2Uv = 3(V). Điện áp chỉnh lưu: Ud,kt = 2,34 U2. Công suất một chiều trên tải: Pd = 30 (kW) = Ud,kt Id. Sba = 1,05Pd =31,5 (kW). Chọn sụt áp tương đối trên điện trở dây cuốn: eR =4%. Sụt áp tương đối trên điện kháng tản: eX = 7%. Sụt áp trên điện trở là: Sụt áp chuyển mạch là: 2.2.2. Tính toán thông sô máy biến áp. Đồ án II 13
Trường đại học bách khoa Hà Nội Công suất : Sba =1,05 Pb =1,05 * 30 =31,5 (kW). Điện áp thứ cấp: U2 = Ud0 / 2,34 = 479,72 / 2,34 = 205 (V). Điện áp thứ cấp MBA: U1 = 380 (V). Hệ số máy biến áp: Giá trị dòng hiệu dụng thứ cấp MBA: I2 = 0,816 Id = 51,02 (A). Giá trị dòng hiệu dụng sơ cấp MBA : I1 = I2 / kba = 32,396 (A). 2.3. Tính chọn các thông số cơ bản của mạch lực. 2.3.1. Chọn van động lực. Dòng trung bình qua van là: Iv = Id /3 =20,84 (A). Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van, tính tới trường hợp điện áp nguồn lên cao nhất (hơn 10% định mức ) là: Giả sử điều kiện làm mát tự nhiên, van gắn lên tản nhiệt: Chọn van có dòng cho phép ít nhất là: 62,53 (V). Van chọn có hệ số dự trữ quá điện áp ku =2. Tức Umax > 2Ung.max =2* 552,38 = 1104,72(V). 2.3.2. Chọn thyristor. Với các thông số về dòng và áp ta chọn Thyristor T10_80 ( theo bảng 2.2.1 trang 429 sách hướng dẫn thiết kế điện tử công suất ), có các thông số sau: Dòng trung bình tối đa cho phép qua van: Itb = 80(A). Đồ án II 14
Trường đại học bách khoa Hà Nội Dòng điện đỉnh: Iđỉnh = 1200(A). Dòng điện rò khi van ở trạng thái khóa: Irò = 6(A). Điện áp tối đa mà van chịu được: Umax =1200(V). Tốc độ tăng điện áp thuận max: du / dt = 1000(V/s). Thời gian phục hồi tính chất khóa của van: tph = 100(s). Giá trị tốc độ tăng dòng: di / dt = 150(A/s). Sụt áp thuận cho van: U = 2,7 (V). Dòng điều khiển: Iđk = 150(mV). Điện áp điều khiển nhỏ nhất đám bảo mở van: Uđk= 4(V). 2.3.3. Bảo vệ quá điện áp cho van. Bảo vệ quá điện áp do trong quá trình đóng cắt các thyristor được bảo vệ bằng cách mắc R C song song với thyristor. Khi có sự chuyển mạch, các điện tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện tạo ra suất điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, làm cho quá điện áp giữa anot và katot trên thyristor. Khi có RC mắc song song với thyristor tạo ra mạch vòng phòng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên thyristor không bị quá điện áp. Ta chọn thông số R1 và C1 như sau: R1 = 5 – 30 () C1 = 0,25 4 () Đồ án II 15
Trường đại học bách khoa Hà Nội 2.4. Xác định phạm vi góc điều khiển. Chọn góc mở cực tiểu : với góc mở này là góc dự trữ ta có thể bù được sự giảm điện áp lưới. Khi góc mở nhỏ nhất thì điện áp trên tải là max. Khi góc mở lớn nhất thì điện áp trên tải là min. Từ đó ta có: 2.5. Chọn động cơ. Ta chọn động cơ có sẵn trong phần mềm matlab, có thông số như sau: + Công suất: P = 5 HP. + Điện áp: U = 500V. + Tốc độ quay: n = 1750 (vòng/p). CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN. 3.1. Cơ sở lý thuyết điều khiển Thyristor. Thyristor chỉ được mở cho dòng điện chạy qua khi có điện áp dương đặt lên cực anode và có xung điện áp dương đặt vào cực điều khiển, sau khi Thyristor đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng nữa, dòng điện chạy qua Thyristor do thông số của mạch động lực quyết định và Thyristor sẽ khóa khi dòng điện chạy qua nó bằng 0, muốn mở lại ta phải cấp xung điều khiển lại. Đồ án II 16
Trường đại học bách khoa Hà Nội Do đó, với điện áp hình sin, tùy thuộc vào thời điểm cấp xung điều khiển mà ta có thể khống chế được dòng điện Thyristor. Để thực hiện được các đặc điểm này ta có thể dùng 2 nguyên tắc sau: Nguyên tắc điều khiển ngang. Nguyên tắc điều khiển dọc. Hiện nay điều khiển Thyristor trong sơ đồ chỉnh lưu, người ta thường dùng nguyên tắc điều khiển dọc, nên em sử dụng phương pháp này để thiết kế mạch điều khiển. Nội dung của phương pháp này: Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc nguyên tắc điều khiển ngang. Sơ đồ cấu trúc và đồ thị minh họa như hình. Ở đây, U tựa tạo ra điện áp tựa có dạng cố định( thường là dạng răng cưa), theo chu kì do nhịp đồng bộ của Udb . Khâu so sánh SS xác định điểm cân bằng của hai điện áp U tựa và Uđk để phát động khâu tạo xung TX. Như vậy trong nguyên tắc này thời điểm phát xung hay góc mở van thay đổi do sự thay đổi của trị số Uđk . Đồ án II 17
Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 3.2: hình minh họa. 3.2. Cấu trúc mạch điều khiển. Mạch điều khiển bao gồm các khâu cơ bản sau: Hình 3.3: Cấu trúc mạch điều khiển. Đồ án II 18
Trường đại học bách khoa Hà Nội 3.3. Khâu đồng bộ. Chọn mạch đồng bộ hai nữa chu kì: Hình 3.4: Sơ đồ mạch đồng pha. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kì có điểm giữa dùng điôt D1, D2 và tải cho chỉnh lưu là điện trở R0. Điện áp chỉnh lưu Ucl sau khi được tạo ra thì đưa tới cực (+) của Opam để so sánh với 0 ( vì cực ( ) của opam nối đất ). Nếu Ucl > 0 thì Udb bằng điện áp bão hòa (Ubh). Nếu Ucl > 0 thì Udb bằng điện áp bão hòa âm (Ubh). Điểm giao nhau của Ucl và 0 là điểm chuyển trạng thái của điện áp ra. Dạng điện áp ra được mô phỏng trên phần mềm proteus. 3.4. Khâu tạo răng cưa. Đồ án II 19
Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 3.5: Mạch tạo răng cưa. Hoạt động: + Khi Udb 0 thì D3 khóa Tụ được phóng UC giảm đến 0 và Dz giữ UC ở giá trị 0,7. Tính toán: Chu kì: T = 1 / f = 0,02 (s) = 20 (ms). Chọn OA loại TL082. Phạm vi góc điều khiểu 168 độ. Thời gian tụ C phóng: tp = = 9,33 (ms). Chọn điốt ổn áp BZX79C có UDZ = 10 (V). Đồ án II 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.