Đang tải... (xem toàn văn)
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.
Trường đại học bách khoa Hà Nội MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng cuộc đổi mới cơng 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, cơng nghệ thơng tin…… ngành tự động hóa cơng 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 dây chuyền sản xuất điều chỉnh tốc độ động cơ, để nâng cao 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 thơng đã trở thành giải pháp tốt cho các hệ thống có u cầu chất lượng cao Cùng với sự phát triển của ngành điện tử cơng suất ứng dụng động cơ điện một chiều và cơng nghiệp là hết sức quan trọng. Việc sử dụng động cơ 1 chiều với nhiều mục đích như để đảm bảo u cầu cơng nghệ của phụ tải. Để hiểu rõ được vai trò của hệ truyền động điện, điện tử cơng suất và động cơ điện 1 chiều thơng qua mơn 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 Cơng suất định mức (kW) Điện áp định mức(V) 30 Đồ án II 440 1 Dải điều chỉnh 30:1 Nguồn cấp 3x380;50Hz 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 hồn 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 CƠNG 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 n của máy, gồm các bộ phần như cực từ chính, cực từ phụ, gơng 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 ngồi 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 + Gơng từ: gơng 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 Ngun lí làm việc: Khi nguồn điện một chiều có cơng suất khơng 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 thơng 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 khơng xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ khơng 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 q trình tăng Iư cần chú ý khơng để lớn q so với Iđm để khơng 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 khơng 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 thơng Điều chỉnh từ thơng kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mơmen 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 thơng 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 ngun bằng giá trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thơng chính là đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thơng định mức và được gọi là đặc tính cơ bản. Hình 1.3:Đặc tính điều chỉnh động cơ bằng cách thay đổi từ thơng Vì βΦ = nên độ cứng đặc tính cơ giảm rất nhanh khi ta giảm từ thơng 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 mơmen 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. Cơng suất máy biến áp này hơn cơng 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 cơng 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 điểm katốt chung UKC, các van nhóm chẵn thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm anốt chung UAC Cơng 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 cơng suất mạch chỉnh lưu này có thể lớn đến hang trăm kW. Nhược điểm là sụt áp trên van lớn gấp đơi 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 TỐN 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 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 điơt 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 mơ 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 tốn: 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 Trường đại học bách khoa Hà Nội Chọn tụ C = 220 (nF) Chọn R6 = 51k nối tiếp biến trở P1 = 8k Thời gian tụ C nạp: tn = T/2 – tp = 10 – 9,33 = 0,67 (ms) Điện áp bão hòa của OA: Udb = E – 1,5 = 12 – 1,5 = 10,5 (V) Nên chọn R4 = 1 (k) Dạng xung răng cưa được mơ phỏng tròn phần mềm Proteus 3.5. Khâu so sánh Chức năng: So sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa để xác định thời điểm phát xung điều khiển Xác định góc điều khiển Khâu so sánh có thể thực hiện bằng phần tử như transistor, hay khuếch đại thuật tốn OA Ta sử dụng phần tử OA vì cho phép đảm bảo độ chính xác cao nhất là dùng OA chun dụng coparator, có giá thành hạ, khơng cần chỉnh định phức tạp So sánh dùng OA kiểu hai cửa: Đồ án II 21 Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 3.6: Mạch so sánh Hai điện áp cần so sánh được đưa tới hai cực khác nhau của OA Trong trường hợp trên Uđk = U+, Utựa = U – Nếu Uđk > Utựa Ura = +Ubh Nếu Uđk