intTypePromotion=1

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

0
72
lượt xem
19
download

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

Mô tả tài liệu
  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:
Lưu

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

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. Trường đại học bách khoa Hà Nội     Sơ đồ mạch lực như hình dưới: Đồ án II  11
  12. Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 2.1: Sơ đồ mạch lực. Đồ án II  12
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. 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
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản