đồ án điều áp xoay chiều 1 pha

đồ án điều áp xoay chiều 1 pha LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay cùng với việc phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹ thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện tử thì các thiết bị điện tử có công suất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều. Và đặc biệt các ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống hàng ngày đã và đang được phát triển hết sức mạnh mẽ. Tuy nhiên để đáp ứng được nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của công nghiệp thì ngành điện tử công suất luôn phải nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối ưu nhất. Đặc biệt với chủ trương công nghiệp hoá hiện đại hoá của Nhà nước, các nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đưa công nghệ tự động điều khiển vào trong sản xuất. Do đó đòi hỏi phải có thiết bị và phương pháp điều khiển an toàn, chính xác. Đó là nhiệm vụ của ngành điện tử công suất cần phải giải quyết.

TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Tổng quan động cơ xoay chiều một pha

Động cơ điện xoay chiều một pha, hay còn gọi là động cơ một pha, là loại động cơ không có cổ góp và hoạt động bằng điện một pha Loại động cơ này được ứng dụng phổ biến trong cả ngành công nghiệp và đời sống hàng ngày, chẳng hạn như trong động cơ bơm nước, quạt và các hệ thống tự động Khi sử dụng động cơ một pha, việc điều chỉnh tốc độ là cần thiết, đặc biệt trong các thiết bị như quạt bàn và quạt trần.

Thường có một số loại như:

- Động cơ điện không đồng bộ một pha có vòng ngắn mạch (công suất dưới 150W).

- Động cơ không đồng bộ một phat dùng tụ điện hoặc có vòng dây chập ngược.

- Các kiểu động cơ này đều dùng rôto lồng sóc để chạy các máy gia dụng.

- Động cơ điện vạn năng: cả stato và rôto đều có dây quấn.

Cấu tạo Động cơ 1 pha được cấu tạo gồm 2 bộ phận stator và rotor.

Hình 1.1: Cấu tạo của động cơ không đồng bộ một pha [5]

Phần tĩnh gồm: mạch từ, dây quấn, vỏ máy.

Hình 1.2: Dây quấn chính và dây quấn phụ stator

Mạch từ của động cơ 3 pha có cấu trúc tương tự như stator, bao gồm dây quấn chính và dây quấn phụ Hai loại dây quấn này thường có kết cấu không giống nhau và được đặt lệch nhau một góc nhất định.

Roto của động cơ không đồng bộ 1 pha thường dùng la roto lồng sóc.

Ngoài hai phần chính trên, còn có các bô phận khởi động như tụ điện, ngắt điện ly tâm hay rơle dòng điện rơle điện áp, …

Hình 1.3: Rotor và Stator động cơ không đồng bộ một pha có cấu tạo gần giống động cơ

3 pha Nguyên lý làm việc

Hình 1.4: Nguyên tắc tạo từ trường quay trong động cơ không đồng bộ 1 pha

Nếu chỉ có 1 cuộn dây nối vào 1 pha sẽ có từ trường xoay chiều như sau.

Hình 1.5: Nguyên lý làm việc

Xét từ trường do dòng điện hình sin i  I m sin

t trong dây quấn stator của động cơ không đồng ộ 1 pha chỉ có dây quấn một pha.

Dòng điện xoay chiều trong dây quấn stator tạo ra từ trường xoay chiều, với đường sức từ trường được xác định theo quy tắc vặn nút chai Tại các thời điểm khác nhau, từ trường sẽ thay đổi, ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị.

4 dòng điện đạt cực đại dương i=I m, cảm ứng B đạt cực đại, giả sử đường sức có chiều từ trên xuống dưới B T r r và B N cùng phương, cùng chiều, cùng độ lớn: B T  B N 

,dòng điện vẫn dương, cảm ứng B vẫn có chiều như nhưng độ lớn bé hơn, B T và

2 B T và B N cùng phương, ngược chiều, cùng độ

B đổi chiều hướn g từ dướ i lên trên, ⃗

B T và B N lệch nhau góc α như trường hợp t 2

, i = -I m, cảm ứng từ B đạt cực đại với chiều từ dưới lên

Từ trường do dòng điện xoay chiều trong dây quấn một pha tạo ra được gọi là từ trường đập mạch Từ trường này có thể phân tích thành hai từ trường quay, với biên độ tương ứng là biên độ từ trường cực đại, và chúng quay ngược chiều nhau với cùng một vận tốc góc.

Phân tích stđ đập mạch thành hai stđ quay:

Hình 1.6: Phân tích stđ đập mạch thành hai stđ quay

Hai stđ quay này có:

 Biên độ từ trường đập quay: F 1 m

 Tốc độ quay: Quay thuận ω1, Quay ngược – ω1.

Phương trình cân bằng stđ tổng:

Từ cảm tổng hình thành từ trường quay hình elip:

2 từ trường quay ngược chiều B T

M N và B N sẽ tạo ra 2 mômen điện từ M T và ngược chiều nhau, tác dụng lên trục rotor của động cơ Momen tổng được xác định bằng phép cộng đồ thị.

Tổng đại số hai mômen cho đặc tính cơ

Tại thời điểm tốc độ bằng không (n = 0, s = 1), M

Khi hai chiều quay của rotor tạo ra momen tổng bằng không (M = 0), động cơ không thể tự khởi động Nếu rotor được quay theo một chiều nhất định, sẽ xuất hiện momen quay theo chiều đó, giúp rotor tiếp tục quay.

Để động cơ một pha hoạt động, cần thiết phải có biện pháp khởi động, tức là tạo ra mômen cho động cơ khi rôto ở trạng thái đứng yên (M = Mk khi s = 1).

Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một pha bao gồm: điều chỉnh điện áp, thay đổi tần số, sử dụng bộ điều khiển tốc độ, và áp dụng các mạch điều khiển tự động Những phương pháp này giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng cho động cơ.

 Điều khiển bằng cách thay đổi số đôi cực.

 Điều khiển tần số dòng điện đưa vào động cơ.

1.1.2.1 Điều khiên tốc độ bằng cách thay đổi số cực

- Trường hợp thay đối tốc độ (M = const)

Công suất trên trục động cơ khi vận hành tại tốc độ cao:

Công suất trên trục động cơ khi vận hành tại tốc độ thấp::

Momen động cơ ở tốc độ cao:

Momen động cơ ở tốc độ thấp:

 Trường hợp thay đối tốc độ, moment và công suất thay đổi

Công suất trên trục động cơ khi vận hành tại tốc độ cao:

Công suất trên trục động cơ khi vận hành tại tốc độ thấp:

Pth  3  Ud I  nth.cos  th (1.11)

1.1.2.2 Điều khiển tần số dòng điện đưa vào động cơ

 U , M là điện áp, momen tương ứng với tần số f 1

 U, M  là điện áp, momen tương ứng với tần số 

Khi yêu cầu moment không đổi (như trong máy cắt gọt kim loại):

Khi yêu cầu đảm bảo công suất cơ Pcơ không thay đổi (như trong máy điện):

Khi yêu cầu moment tỷ lệ với bình phương của tốc độ (trong quạt gió)

(1.17) Điều khiển điện áp đưa vào động cơ

Nếu điện áp 𝑈 1 giảm x lần (x