Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển theo nguyên lý arccos cho phần ứng của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất Lời nói đầu Ngày với tiến khoa học kỹ thuật ngày đáp ứng nhu cầu tính đại tự động hóa nghành công nghiệp.Bước tiến vượt bậc khoa học kỹ thuật đời cơng nghệ bán dẫn, yếu tố thiếu ngành công nghiệp tự động hóa.Việc ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đặc biệt lĩnh vực điện tử cơng suất ứng dụng để chế tạo linh kiện điện tử góp phần tạo nên mạch điều khiển ứng dụng điều khiển động Điện tử công suất phục vụ hiệu cho truyền động điện đặc biệt điều khiển động cơ.Cũng nhằm mục đích tìm hiểu sâu ứng dụng quan trong điều khiển động cơ, đặc biệt động điện chiều sử dụng ngày rộng rãi sống, sinh viên nghành Điện tham gia làm đồ án mơn học Điện tử cơng suất nhằm tìm hiểu kỹ vấn đề Đồ án môn học “Thiết kế chỉnh lưu cầu pha có điều khiển theo nguyên lý arccos cho phần ứng động điện chiều kích từ độc lập” gồm có chương: Chương 1:Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập Chương 2:Tổng quan chỉnh lưu cầu pha Chương 3:Tính chọn mạch động lực Chương 4:Tính chọn mạch bảo vệ cuộn kháng san Chương 5:Thiết kế mạch điều khiển theo nguyên lý ARCCOS Chương 6:Mơ Với hướng dẫn nhiệt tình thầy PGS.TS Đồn Quang Vinh thầy mơn, tơi hồn thành đồ án với học hỏi mở mang kiến thức Tôi xin chân thành cảm ơn tất thầy cô bạn bè giúp đỡ tơi hồn thành nhiệm vụ mình! Đà nẵng, ngày 22 tháng 12 năm 2008 Sinh viên thực Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Điện tử công suất Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 1.Đặc tính động điện 1.1 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: Đặc điểm động kích từ độc lập dịng điện kích từ từ thơng động khơng phụ thuộc dịng điện phần ứng.Sơ đồ nối dây hình vẽ: C KT Rf E R KT RKT CKT IKT Rf E I KT UKT Iư a, b, Hình 1.1 a:Sơ đồ nối dây động kích từ song song b:Sơ đồ nối dây động kích từ độc lập Khi nguồn điện chiều có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc động gọi động kích từ song song Khi nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập với nhau, lúc động gọi động kích từ độc lập Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ hình 1.1 ta viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng sau: (1-1) Uư = Eư + (Rư + Rt)Iư đó: Uư : điện áp phần ứng Eư : sức điện động phần ứng Rư : điện trở mạch phần ứng Rt : điện trở phụ mạch phần ứng Iư : dòng điện mạch phần ứng Với Rư = rư + rcf + ri + rct rư : điện trở cuộn dây phần ứng rcf : điện trở cuộn cực từ phụ rb : điện trở cuộn bù rct : điện trở tiếp xúc chổi điện Sức điện động Eư phần ứng động xác định theo biểu thức Trong đó: Sinh viên thực hiện: Eu = pN Φω = K Φω 2π a http://www.ebook.edu.vn (1-2) Đồ án môn học: Điện tử công suất p: số đơi cực từ N: số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a: số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng Φ: từ thông kích từ cực từ ω : tốc độ góc K= pN : Hệ số tỉ lệ phụ thuộc cấu tạo động 2π a Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vịng/phút) thì: E ö = K c Φn 2π n n = 60 9.55 pN Eu = Φn 60a (1-3) ω= Vì : : Hệ số sức điện động động Kc = pN 60a Kc = K = 0.105 K 9.55 Từ ta có: ω= U u Ru + R f − × Iu KΦ KΦ (1-4) Đây phương trình đặc tính điện động Mặt khác mômen điện từ Mđt động tỉ lệ với từ thơng dịng điện phần ứng xác định bởi: (1-5) Mđt = K Φ Iư Suy ra: Iu = M dm KΦ thay giá trị Iư vào (1-4) ta được: ω= U u Ru + R f M dt − K Φ ( K Φ )2 (1-6) Nếu bỏ qua tổn thất động cơ, gồm tổn thất ma sát ổ trục, tổn thất tự quạt mát tổn thất thép mômen trục động coi mômen điện từ, ta ký hiệu M Nghĩa Mđt = Mcơ = M ω= U u Ru + R f − M K Φ ( K Φ )2 (1-7) Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Nếu bỏ qua ảnh hưởng phản ứng phần ứng , từ thông động Φ = const phương trình đặc tính điện (1-4) phương trình đặc tính (1-7) tuyến tính Đồ thị chúng biểu diễn hình đường thẳng Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Điện tử công suất ω ω ωo ωo ωdm ωdm Iâm Inm I M âm M nm Hình 1.2 a:Đặc tính điện động điện chiều kích từ độc lập b:Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Theo đồ thị trên, Iư = M = ta có: ω= Uu = ωo KΦ (1-8) ωo : gọi tốc độ không tải lý tưởng động Khi ωo =0 ta có: U Iư = = I nm Rö + Rf (1-9) M = K ΦI nm = M nm (1-10) Và Inm , Mnm gọi dịng điện ngắn mạch mơmen ngắn mạch Mặt khác, phương trình đặc tính (1-4), (1-7) viết dạng: Uu R − I u = ωo − Δω KΦ KΦ U R ω= u − M = ωo − Δω K Φ ( K Φ )2 ω= (1-11) (1-12) đó: R = Ru + R f ωo = Uu KΦ R R I ö = M KΦ (KΦ )2 Δω gọi độ sụt tốc độ ứng với giá trị M 1.1.2 Xét ảnh hưởng tham số đến đặc tính cơ: Từ phương trình đặc tính (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: từ thông động Φ, điện áp phần ứng Uư điện trở phần ứng động cơ.Ta xét ảnh hưởng tham số Δω = Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Điện tử công suất 1.1.2.1 Ảnh hưởng điện trở phần ứng Giả thiết Uư = Uđm = const Φ = Φđm = const Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng hình 1.1 1.2 làm thay đổi điện trở tổng mạch Trong trường hợp tốc độ không tải lý tưởng: ωo = U dm = const K Φ dm Độ cứng đặc tính cơ: ( K Φ dm ) = var ΔM β = =− Δω Ru + R f Khi Rt lớn, β nhỏ nghĩa đặc tính dốc Ứng với Rf = ta có đặc tính tự nhiên ( K Φ dm ) βTN = − (1-13) Ru βTN có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng tất đường đặc tính có điện trở phụ Như thay đổi điện trở phụ Rf ta họ đặc tính biến trở có dạng hình vẽ: ω ωo TN(Rn) Rf Rf Rf Mc Rf M Hình 1.3: Các đặc tính động chiều kích từ độc lập thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Ứng với phụ tải Mc đó, Rf lớn tốc độ giảm, đồng thời dịng điện ngắn mạch mơmen ngắn mạch giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ 1.1.2.2 Ảnh hưởng điện áp phần ứng: Giả thiết từ thông Φ=Φdm=const, điện trở phần ứng Rư = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Udm , ta có: Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Tốc độ không tải: ωox = Điện tử công suất Ux = var K Φ dm ( K Φ dm ) Độ cứng đặc tính cơ: β = − = const Ru Như thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động ta họ đặc tính song song với đặc tính tự nhiên ω ωo TN ω01 Uâm U1 ω02 U2 ω03 ω04 U3 U4 Mc M(I) Hình 1.4: Các đặc tính động chiều kích từ độc lập giảm áp đặt vào phần ứng động Ta thấy thay đổi điện áp (giảm áp) mơmen ngắn mạch, dịng điện ngắn mạch động giảm tốc độ giảm ứng với phụ tải định Do phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động Ảnh hưởng từ thông: Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm =const , không nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng,tức Rư = const.Bằng cách thay đổi dịng điện kích từ Ikt động ta làm thay đổi từ thông Trong trường hợp này: Tốc độ không tải: ωox = U dm = var KΦx ( KΦx ) Độ cứng đặc tính cơ: β = − Ru = var Do cấu tạo động điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thơng Nên từ thơng giảm ωox tăng, cịn β giảm Ta có họ đặc tính với ωox tăng dần độ đặc tính giảm dần giảm từ thông Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Điện tử công suất Ta nhận thấy thay đổi từ thông: U dm = const Ru = K Φ x I nm = var Dòng điện ngắn mạch: I nm = M nm Mơmen ngắn mạch: Các đặc tính điện đặc tính động giảm từ thơng biểu diễn hình ω ω ω02 ω02 ω01 Φ ω0 Φ Φ dm Φ2 ω01 ω0 TN Φ1 Mc Inm I Φ ñm , TN M nm2 M nm1 M nm M Hình 1.5: Đặc tính điện đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Với dạng mơmen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc động giảm từ thơng tốc độ động tăng lên 1.2 Tổng quan điều chỉnh -Động điện chiều có nhiều ưu điểm so với động khác, khơng có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch điều khiển đơn -Để điều chỉnh tốc độ động điện có phương pháp: +Điều chỉnh điện áp phần ứng động +Điều chỉnh điện trở phụ mắc thêm vào phần ứng +Điều chỉnh từ thông động 1.2.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện trở phần ứng: Từ phương trình đặc tình tổng quát: ω = R Uu − u∑ M K Φ ( K Φ) ⇒ ω=ωo-Δω Ta thấy thay đổi Ruf ω0 = const cịn Δ ω thay đổi , ta đường đặc tính điều chỉnh có ω0 dốc dần Ruf lớn với tải tốc độ thấp: Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Điện tử công suất - Uư Ckt ωdm ω1 Rkt ω ω0 TN Rưf1 ω2 Ikt Rưf2 RF Iư E Mc a, M b, Hình 1.6 : a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi Rưf b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi Rưf Như vậy:0…, ta tăng Rưf đến giá trị làm cho M ≤ Mc động không quay động làm việc chế độ ngắn mạch, ω=0.Từ lúc này, ta có thay đổi Rưf tốc độ 0, nghĩa không điều chỉnh tốc độ động nữa, phương pháp điều chỉnh phương pháp điều chỉnh không triệt để 1.2.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động ĐMdl cách thay đổi từ thơng kích từ động cơ: Từ phương trình đặc tích tổng qt: ω = R Uu − u∑ M K Φ ( K Φ) ⇒ ω=ωo-Δω Ta thấy thay đổi Φ ωo Δω thay đổi , ta đặc tính điều chỉnh dốc dần ( độ cứng β giảm) cao đường đặc tính tự nhiên Φ nhỏ, với tải tốc độ cao giảm từ thông - Uu Ckt Ikt Iu ω02 ω01 Rkt ω0dm Φ E a) ω ω0 ω2 ω1 Φ2 Φ1 Mc Φdm Mn2 Mn1 M b) Hình 1.7 :a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi Φ b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi Φ Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Điện tử công suất Như : Φ đm > Φ 1> Φ 2>… ωdm < ω1 < ω2 M Uu= Uu1< -ωudm a) Uudm b) Hình 1.8 : a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi Uư b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi Uư Các biến đổi là: Bộ biến đổi máy điện :dùng máy phát chiều(F),máy khuếch đài (MĐKĐ); biến đổi từ:mạch khuyếch đại từ(KĐT) pha ,ba pha:bộ biến đổi điện tử bán dẫn: chỉnh lưu (CL) dùng thyristor, băm điện áp(BĐA) dùng thyristor, transistor… Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Điện tử công suất Chương 2: TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA id T2 T11 iT1 i L A ud E2 U B T4 R T3 iT4 Hình 2.1 Sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển cầu pha 2.1 Nguyên lí làm việc: u = Usinθ Trong nửa chu kỳ đầu : ≤ θ1 ≤ π, u > cực dương A, cực âm B Hai Thyristor T1 T3 trạng thái sẵn sàng dẫn điện chưa có xung kích khởi đưa vào cực điều khiển Tại thời điểm θ1 = α1( ≤ θ1 ≤ π) ta đưa xung kích khởi vào T1 T3 làm cho T1, T3 mở lúc mạch có dòng điện id qua tải qua T3 trở nguồn,lúc ud=u Tại thời điểm θ = π u = 0, hai Thyristor T1, T3 mở tải phần ứng động điện chiều nên coi có cuộn cảm mắc nối tiếp với tải Trong trình T1 T3 mở cuộn cảm L tích luỹ lượng e = - L di nên u < dt T1 T3 cịn dẫn điện qua tải ứng với lúc cuộn cảm bắt đầu hoàn trả lượng nguồn Trong nửa chu kỳ sau: π ≤ θ ≤ 2π, tính cực dương B, cực âm A.HaiThyristor T2 T4 trạng thái chờ mở cho dòng chảy qua Tại thời điểm: θ2= π+θ1 = π+α (α góc điều khiển) ta đưa xung kích khởi vào mở T2 T4 → T2 T4 dẫn cịn T1, T3 khố Vì mạch xảy trình lặp lại liên tục.Vì có điện cảm L mạch tải nên thực tế dòng liên tục id = Id Khi T1,T3 mở ta có: ⋅ U sin θ = R ⋅ id + E + X L Sinh viên thực hiện: di dθ http://www.ebook.edu.vn 10 ... học: Điện tử công suất Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 1.Đặc tính động điện 1.1 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: Đặc điểm động kích từ độc lập dịng điện kích. .. động kích từ độc lập Khi nguồn điện chiều có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc động gọi động kích từ song song Khi nguồn điện chiều có. .. so với động khác, khơng có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch điều khiển đơn -Để điều chỉnh tốc độ động điện có phương pháp: +Điều chỉnh điện áp phần ứng động +Điều chỉnh điện trở
