Đang tải... (xem toàn văn)
Trong những năm gần đây với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của nền kinh tế xã hội, các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật ứng dụng vào các ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử công suất được ứng dụng và được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loại thiết bị này hết sức cần thiết đối với kỹ sư ngành điện
Đồ án điện tử công suất Trịnh Ngọc Ninh Sơn - ĐT1Đ11 - K55 Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU 2 Chương I: Tìm hiểu chung về động cơ điện một chiều 3 1.1, Cấu tạo, nguyên lý làm việc, ứng dụng 3 1.1.1 Cấu tạo: 3 1.1.2 Nguyên lý làm việc 4 1.1.3 Ứng dụng: 6 1.2, Phân loại 6 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ 7 1.3.1, Điều chỉnh n bằng cách thay đổi f 7 1.3.2, Điều chỉnh n bằng cách thay đổi Rf 7 1.3.3, Điều chỉnh n bằng cách thay đổi U 8 Chương II: Lựa chọn phương án cung cấp điện cho động cơ điện một chiều 10 2.1 Các phương án: 10 2.1.1 Bộ chỉnh lưu có điều khiển 10 2.1.2 Bộ biến đổi xung áp 13 2.1.3 Cầu 1 pha 15 2.1.4 Cầu 3 pha 17 2.2 Chọn phương án 18 Chương III: Thuyết minh sự hoạt động của sơ đồ 19 3.1 Sơ đồ động lực 19 Chương IV: TÍNH TOÁN MẠCH LỰC 23 4.1 Tính chọn van động lực 23 4.2. Tính toán máy biến áp 24 4.3 Tính chọn các thiết bị bảo vệ 26 CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN 28 5.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển theo nguyên tắc pha đứng 28 5.2 Thiết kế mạch điều khiển: 29 5.2.1. Tính toán các khâu trong mạch điều khiển: 29 5.2.2 Sơ đồ mạch điều khiển 32 Tài liệu tham khảo 34 Số liệu cho trước Loại tải TT U d (V) P d (kW) U 1 ~(V) D 1 2 3 4 5 6 Động cơ điện một chiều 1 110 1.1 220/380 0 ÷ max 2 220 1.1 220/380 0 ÷ max 3 220 2.2 220/380 0 ÷ max 4 220 5.2 220/380 0 ÷ max 5 400 54 220/380 0 ÷ max 6 460 55 220/380 0 ÷ max 7 440 90 220/380 0 ÷ max - 1 - Đồ án điện tử công suất Trịnh Ngọc Ninh Sơn - ĐT1Đ11 - K55 LỜI NÓI ĐẦU -Trong những năm gần đây với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của nền kinh tế xã hội, các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật ứng dụng vào các ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử công suất được ứng dụng và được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loại thiết bị này hết sức cần thiết đối với kỹ sư ngành điện -Cùng với sự phát triển của ngành điện tử công suất thì việc ứng dụng động cơ điện một chiều vào công nghiệp là hết sức quan trọng. và việc tính toán cấp nguồn cho động cơ điện một cũng được coi trọng. -Để hiểu rõ được vai trò của điện tử công suất và động cơ điện một chiều thì trong bản đồ án môn học này được sự hướng hẫn của thầy Nguyễn Đắc Nam với nội dung: “ Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều” -Em có đưa ra một số phương án trình bày trong bản đồ án thiết kế. Tuy nhiên với sự hiểu biết và những kiến thức đã học còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót nhất định.Em rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô giáo để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên Trịnh Ngọc Ninh Sơn - 2 - Đồ án điện tử công suất Trịnh Ngọc Ninh Sơn - ĐT1Đ11 - K55 Chương I: Tìm hiểu chung về động cơ điện một chiều 1.1, Cấu tạo, nguyên lý làm việc, ứng dụng 1.1.1 Cấu tạo: + Phần tĩnh (Phần cảm hay stator): Là phần đứng yên bao gồm các bộ phận như: - Cực từ chính: Được làm bằng thép kĩ thuật dạng thép khối hoặc tấm xung quanh có dây quấn cực từ chính gọi là kích từ, nó thường được nối với nguồn một chiều có nhiệm vụ tạo ra từ thông trong máy. - Cực từ phụ: Được đặt xen giữa các cực từ chính, xung quanh cực từ phụ có dây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ phụ đấu nối tiếp với dây quấn roto. Nhiệm vụ của cực từ phụ là triệt tiêu từ trường phần ứng (Từ trường do dòng điện roto sinh ra). Trên vùng trung tính hình học để hạn chế xuất hiện tia lửa điện trên chổi than và cổ góp. - Vỏ máy (Gông từ): Ngoài nhiệm vụ thông thường như các vỏ máy khác, vỏ máy điện một chiều còn tham gia dẫn từ vì vậy nó phải được làm bằng thép dẫn từ. + Phần quay (Phần ứng hay roto): - Lõi thép roto: Thường để dẫn từ, thường dùng tấm thép kĩ thuật điện dầy 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập rãnh để cuốn dây. - Dây cuốn phần ứng Là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây cuốn phần ứng được làm bằng dây đồng có sơn cách điện. - Cổ góp Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều gồm nhiều phiến đồng ghép cách điện với nhau, bề mặt cổ góp được gia công với độ bóng thích hợp để đảm bảo tiếp xúc tốt giữa chổi than và cổ góp khi quay. + Giới thiệu về động cơ điện một chiều kích từ độc lập Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn còn được dùng rất phổ biến trong các hệ thống truyền động chất lượng cao, dải công suất động cơ điện một chiều từ vài W đến mW. Giản đồ kết cấu chung của động cơ điện một chiều kích từ độc lập được thể hiện như hình vẽ dưới. Phần ứng được biểu diễn bởi vòng tròn bên trong có sức điện động E ư , ở phần stato có thể có vài dây cuốn kích từ: Dây cuốn kích từ độc lập CKD, dây cuốn kích từ nối tiếp, dây cuốn cực từ phụ CF, dây cuốn bù CB. - 3 - Đồ án điện tử công suất Trịnh Ngọc Ninh Sơn - ĐT1Đ11 - K55 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 nhau, lúc này động cơ được coi là động cơ kích từ độc lập. 1.1.2 Nguyên lý làm việc Khi đóng động cơ, Roto quay đến tốc độ n, đặt điện áp U kt nào đó lên dây cuốn kích từ thì trong dây cuốn kích từ có dòng điện i k và do đó mạch kích từ của máy sẽ có từ thông Φ, tiếp đó ở trong mạch phần ứng, trong dây cuốn phần ứng sẽ có dòng điện i chạy qua tương tác với dòng điện phần ứng. Tăng từ từ dòng kích từ (bằng cách thay đổi R kt ) thì điện áp ở hai đầu động cơ sẽ thay đổi theo quy luật: E dư = (1% ÷ 42%) U đm Khi có dòng i kt còn nhỏ thì E dư hoặc U tăng tỉ lệ thuận với i kt nhưng khi U kt bắt đầu lớn thì từ thông ф trong lõi thép bắt đầu bão hòa. Cuối cùng khi i kt = i ktbh thì U=E ư bão hòa hoàn toàn. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Ta có: U ư = E ư + (R ư +R f ) . I ư = E ư + R.I ư (1) Trong đó : U ư : điện áp phần ứng (V) E ư : sức điện động phần ứng (V) R ư : điện trở mạch phần ứng R f : diện trở phụ của mạch phần ứng I ư : dòng điện mạch phần ứng Với R ư = r ư + r cf + r b + r ct r ư : điện trở cuộn dây phần ứng - 4 - Đồ án điện tử công suất Trịnh Ngọc Ninh Sơn - ĐT1Đ11 - K55 r cf : điện trở cuộn cực từ phụ r b : điện trở cuộn bù r ct : điện trở tiếp xúc của chổi than Sức điện động E ư của phần ứng động cơ xác định theo biểu thức φ ωωφφω k. E.u .k πa pN E u =→== 2 Trong đó: p: số đôi cực từ chính N: số thanh dẫn tác dụng của dây cuốn phần ứng a: số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng Φ: từ thông kích từ dưới 1 cực từ ω: vận tốc góc rad/s 2ππ pN k = : Hệ số cấu tạo của động cơ Từ phương trình (1) ⇒ E ư = U ư - (R ư + Rf) . I ư Chia cả 2 vế cho k.Φ ⇒ .Iu k RfRu k Uu k u E φφφ + −= ⇒ .Iu k RfRu k Uu φφ ω + −= (2) ⇒ )(If = ω : đặc tính cơ điện Mặt khác mômen điện từ của cơ điện được xác định bởi: M đt = k .Φ . I ư => I ư = φ .K M đt Thế vào (2) => đt 2 M. )(k RfRu k Uu φ φ ω + −= => ω = f(M): đặc tính cơ theo momen Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì momen cơ trên trục điện cơ bằng momen điện từ, ta kí hiệu là M nghĩa là M đt =M cơ = M => M k RfRu k Uu . )( 2 φ φ ω + −= (3) Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông Φ=const thì phương trình đặc tính cơ điện (2) và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính, đồ thị của chúng được thể hiện như sau: - 5 - Đồ án điện tử công suất Trịnh Ngọc Ninh Sơn - ĐT1Đ11 - K55 0 ω φ ω == k Uu ω 0 : Gọi là tốc độ không tải lí tưởng của động cơ, còn khi ω 0 = 0 ta có : nm I Uu Iu = + = RfRu Inm , Mnm gọi là dòng điện ngắn mạch và momen ngắn mạch. Nhận xét: Nếu cho U, Rư + Rf, Φ là hằng số thì phương trình (3) sẽ là phương trình bậc nhất: ω = ω 0 + ∆ω M k RfRu φ ω . + =∆ (độ sụt tốc độ) 1.1.3 Ứng dụng: Ngày nay động cơ điện được dùng trong hấu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ dùng trong lò vi sóng để chuyển động đĩa quay, hay trong các máy đọc đĩa (máy chơi CD hay DVD), đến các đồ nghề như máy khoan, hay các máy gia dụng như máy giặt, sự hoạt động của thang máy hay các hệ thống thông gió cũng dựa vào động cơ điện. Ở nhiều nước động cơ điện được dùng trong các phương tiện vận chuyển, đặt biệt trong các đầu máy xe lửa. Trong công nghệ máy tính: Động cơ điện được sử dụng trong các ổ cứng, ổ quang (chúng là các động cơ bước rất nhỏ). 1.2, Phân loại a. Phân loại động cơ một chiều - máy điện một chiều kích từ vĩnh cửu: SD: truyền động có điều khiển với công suất 100kw,truyền động chính xác - máy điện một chiều kích thích ngoài: 2 biến điều khiển độc lập là điều khiển phần ứng vs điều khiển phần kích từ SD: truyền động có điều khiển với cs trung bình vs cs lớn,cs tối đa hạn chế cổ góp - máy điện một chiều kích thích song song: cuộn phần ứng vs cuộn kích từ mắc song song với nguồn nuôi SD: hỗ trợ trong mạng nguồn 1 chiều ò phương tiện vận tải(quạt gió,máy bơm,máy nén) - 6 - ω N ω 0 ω đm M đm M n m M ω N ω 0 ω đm I đm I nm I Đồ án điện tử công suất Trịnh Ngọc Ninh Sơn - ĐT1Đ11 - K55 - máy điện 1 chiều kích thích nối tiếp: SD: trong truyền động xe cộ vs máy có cs lớn - máy điện 1 chiều kích thích kép SD: trong truyền động ko điều khiển,khởi động mềm b.phân loại động cơ theo tốc độ quay: - Máy điện một chiều tốc độ thấp: tốc độ quay ko tải. N= 100-300 v/ph, công suất Pmax= 8MW - Máy điện một chiều tốc độ TB : tốc độ quay ko tải N=1000-2000v/ph, công suất Pmax=1MW - Máy điện một chiều tốc độ cao: công suất Pmax=0,6MW 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ 1.3.1, Điều chỉnh n bằng cách thay đổi f. Từ phương trình đặc tính cơ 2 φ φ eM u e CC MR C U n −= Khi tăng Rđc ta chỉ có thể giảm được từ thông φ , khi đó ta được một họ đường tính cơ có độ dốc khác nhau ứng với: '''''' φφφφ >>> đm và n đm <n 1 <n 2 <n 3 Như vậy theo phương pháp này ta có thể điều chỉnh n>n đm 1.3.2, Điều chỉnh n bằng cách thay đổi R f Khi đưa thêm R f vào mạch phần ứng, đặc tính cơ là: K MRR nn fu o ).( + −= Theo phương pháp này n 0 =C te , khi tăng Rf độ dốc của đặc tính cơ tăng lên, tức là tốc độ thay đổi nhiều hơn khi tải thay đổi. - 7 - Đồ án điện tử công suất Trịnh Ngọc Ninh Sơn - ĐT1Đ11 - K55 1.3.3, Điều chỉnh n bằng cách thay đổi U Thực tế có 2 phương pháp cơ bản để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều bằng điện áp: - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng động cơ - Điều chỉnh điện áp cho mạch kích từ động cơ. Nhưng thông thường người ta sử dụng cách điều chỉnh điện áp phần ứng. Khi thay đổi điện áp phần ứng thì tốc độ động cơ điện thay đổi theo phương trình sau: φφ ω . . . k RI k U uuu −= Vì từ thông của động cơ không đổi nên độ dốc đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lí tưởng thì tùy thuộc vào giá trị điện áp điều khiển U ư của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều khiển này là triệt để. Đặc tính thu được khi điều khiển là một họ đường song song: Nguyên lý điều khiển: Người ta thường dung phương pháp điều chế độ rộng xung để thay đổi điện áp động cơ. Mạch nguyên lý: - 8 - Đồ án điện tử công suất Trịnh Ngọc Ninh Sơn - ĐT1Đ11 - K55 Trong đồ thị trên : I đk là dòng điều khiển, U là điện áp điều khiển. t 1 là độ rộng xung, t 2 =T-t 1 là độ rỗng xung. Ta có : U d =U.t 1 /T Để thay đổi U d ta thay đổi độ rộng xung điều khiển bằng cách thay đổi thời gian đóng mở khóa K => thay đổi thời gian có dòng t 1 trong mỗi chu kì T => độ rộng xung thay đổi. - 9 - Đồ án điện tử công suất Trịnh Ngọc Ninh Sơn - ĐT1Đ11 - K55 Chương II: Lựa chọn phương án cung cấp điện cho động cơ điện một chiều 2.1 Các phương án: 2.1.1 Bộ chỉnh lưu có điều khiển a)Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng: Trong sơ đồ có 4 Tiristor được điều khiển bằng các xung dòng tương ứng i t1 , i t2 , i t3 , i t4 . Mạch chỉnh lưu được cung cấp một điện áp xoay chiều qua máy biến áp với điện áp U 2 =U 2m sinωt (v) +Hoạt động: Trong nửa chu kì đầu của điện áp chỉnh lưu (0<ωt<π), U2>0, các Tiristor T 1 và T 3 phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở Tại thời điểm α=θ 1 =ωt 1 ta cho xung điều khiển mở T 1 và T 3 : U d =U 2 Dòng điện đi từ A qua T 1 đến tải rồi qua T 3 về B. Điện áp chỉnh lưu (ở 2 đầu phụ tải) U d =U 2 =U 2m sinωt (v) Khi T1 và T3 mở cho dòng chảy qua ta có phương trình để xác định dòng điện qua tải: tUUEiR dt di L md ω sin. 22 ==++ - 10 - [...]... đấu với một van, ca tốt đấu chung cho ta điện áp dương của tải còn trung tính điện áp sẽ là điện áp âm các pha A, B, C dịch pha nhau 120o theo các đường cong điện áp pha vì vậy ta có điện áp của một pha dương hơn điện áp của 2 pha còn lại trong 1/3 chu kì Từ đấy thấy rằng tại mỗi một thời điểm chỉ có điện áp của một pha dương nên chỉ có một van dẫn mà thôi - 11 - Đồ án điện tử công suất Trịnh Ngọc Ninh... : Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều Trong quá trình thực hiện do trình độ và hiểu biết của em còn hạn chế nên chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn để bản đồ án này được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn! - 33 - Đồ án điện tử công suất Trịnh Ngọc Ninh Sơn - ĐT1Đ11 - K55 Tài liệu tham khảo 1 .Điện. .. của cuận sơ cấp và thứ cấp – J mật độ dòng điện trong máy biến áp chọn = 2 4.3 Tính chọn các thiết bị bảo vệ a Sơ đồ mạch động lực Sơ đồ mạch động lực được xây dựng như hình vẽ 4.1 Hình 4.1 Mạch động lực có các thiết bị bảo vệ b Bảo vệ quá dòng điện Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực , tự động ngắt mạch khi quá tải , hoặc ngắn mạch I bv =1,1 I lv =1,1 2,9= 3,19 (A) - bảo vệ quá nhiệt cho van -... của các tiristor α1.6 Ta chọn K dtu =2 Ta có... Bính ( Nhà xuất bản KHKT) 2.Truyền động điện – Nguyễn Văn Liễn (Nhà xuất bản KHKT) 3.Máy Điện – tập 1,2,3 –Nguyễn Khánh Hà , Vũ Gia Hanh (Nhà xuất bản KHKT) 4.Tài liệu hướng dẫn thiết kế điện tử công suất - 34 - Đồ án điện tử công suất Trịnh Ngọc Ninh Sơn - ĐT1Đ11 - K55 Bản in A0 t UA t UB t Udk Urc t UD Ud t1 t2 t3 t4 t5 Giản đồ các đường cong điện áp - 35 - Đồ án điện tử công suất A Trịnh Ngọc Ninh . thiệu về động cơ điện một chiều kích từ độc lập Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn còn được dùng rất phổ biến trong các hệ thống truyền động chất lượng cao, dải công suất động cơ điện một chiều. có 2 phương pháp cơ bản để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều bằng điện áp: - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng động cơ - Điều chỉnh điện áp cho mạch kích từ động cơ. Nhưng thông. của thầy Nguyễn Đắc Nam với nội dung: “ Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều -Em có đưa ra một số phương án trình bày trong bản đồ án thiết kế. Tuy nhiên với sự hiểu biết và những