2022 DA DTCS TDD n14 L20212EE6017002

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ ====o0o==== BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T Đ SỬ DỤNG CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ ====o0o==== BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T-Đ SỬ DỤNG CHỈNH LƯU PHA HÌNH TIA CĨ ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐỘNG CƠ CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Đăng Khang Nhóm số: 14 Hà Nội 2022 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T-Đ 1.1 Khái quát chung hệ truyền động điện 1.1.1 Khái niệm hệ truyền động điện T-Đ Hệ truyền động điện tự động (TĐĐ T-Đ) tổ hợp thiết bị điện, điện tử, v.v phục vụ cho cho việc biến đổi điện thành cung cấp cho cấu công tác máy sản suất, gia công truyền tín hiệu thơng tin để điều khiển q trình biến đổi lượng theo u cầu cơng nghệ 1.1.2 Cấu trúc hệ TĐĐ TĐ gồm phần : - Phần lực (mạch lực): từ lưới điện nguồn điện cung cấp điện đến biến đổi (BBĐ) động điện (ĐC) truyền động cho phụ tải (MSX) Các biến đổi như: biến đổi máy điện (máy phát điện chiều, xoay chiều, máy điện khuếch đại), biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà), biến đổi điện tử, bán dẫn (Chỉnh lưu tiristor, điều áp chiều, biến tần transistor, tiristor) Động có loại như: động chiều, xoay chiều, loại động đặc biệt - Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm cấu đo lường, điều chỉnh tham số cơng nghệ, khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ cơng nghệ cho người vận hành Đồng thời số hệ TĐĐ TĐ khác có mạch ghép nối với thiết bị tự động khác với máy tính điều khiển 1.1.3 Hệ T-Đ (Truyền động thyristor-Động chiều) * Hệ T-Đ không đảo chiều nguon xoay chieu 220V Ud RW U Ri Udk MTX Ui tai Hình 1: Sơ đồ nguyên lý hệ T-Đ không đảo chiều - Bộ biến đổi gồm : chỉnh lưu có điều khiển chỉnh lưu bán điều khiển - Tồn loại chỉnh lưu sau: Tia pha Tia pha Cầu pha đối xứng không đối xứng Cầu pha đối xứng không đối xứng Vậy nguyên tắc điều chỉnh tốc độ hệ T- Đ điều chỉnh góc phát xung mạch chỉnh lưu Tùy theo góc α điện cảm cuộn kháng lọc, tải động mà mạch chỉnh lưu làm việc hai chế độ dòng tải liên tục dòng tải gián đoạn • - - - Các chế độ làm việc hệ T-Đ không đảo chiều Chế độ động cơ: Ed > => < α < ĐTC thuộc góc phần tư thứ Chế độ hãm Hãm tái sinh: Ed < => < α < Mạch chỉnh lưu làm việc chế độ chỉnh lưu phụ thuộc Năng lượng hệ: tải (động cơ) biến thành điện qua chỉnh lưu trả lưới ĐTC chế độ nằm góc phần tư thứ tư Hãm ngược: thực mô men cản Năng lượng tiêu hao điện trở dây quấn Hãm động năng: Ed = => = Trên mặt phẳng ĐTC đường hãm động đường qua gốc tọa độvới hệ T-Đ không đảo chiều đặc tính điều chỉnh thuộc góc phần tư thứ thứ • Hệ T-Đ có đảo chiều Các phương pháp đảo chiều: - Phương pháp đảo chiều điện áp phần ứng - Phương pháp đảo chiều điện áp kích từ - Đảo chiều tiếp điểm công tắc tơ: Phương pháp đơn giản không tốt khó khăn cho yêu cầu hãm tái sinh - Đảo chiều cách sử dụng hai chỉnh lưu mắc theo kiểu thuận nghịch  Hệ có hai phương pháp điều khiển:  Phương pháp điều khiển riêng: Hai mạch chỉnh lưu làm việc độc lập, mạch làm việc mạch nghỉ  Phương pháp điều khiển chung: Cả hai mạch chỉnh lưu làm việc chế độ làm việc hai mạch khác (mạch làm việc chế độ chỉnh lưu mạch làm việc chể độ nghịch lưu, phải đảm bảo + = π Đây điều kiện chống dòng cân chạy hai mạch chỉnh lưu • Đặc điểm hệ T-Đ Ưu điểm: Hệ T-Đ nhứng hệ TĐ Đ có cấu trúc gọn cho phép sử dụng nguồn trực tiếp từ lưới, điều khiển dễ dàng cho phép mức độ tự động hóa cao hiệu suất lượng cao • Nhược điểm: Ở chế độ tải nhỏ hệ T-Đ dễ xảy tượng dịng tải gián đoạn chế độ cần áp dụng phương pháp điều chỉnh thích hợp điều chỉnh thích nghi (thích nghi với chế độ khác nhau) 1.2 Điều chỉnh tốc độ truyền động điện 1.2.1 Điều chỉnh tốc độ động điện chiều Thực tế có phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều - Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động 1.2.2 Ổn định tốc độ làm việc hệ truyền động điện chiều Thực chất ta tìm cách nâng cao độ cứng ĐTC tĩnh Muốn hệ TĐĐ phải có cấu trúc hệ kín (có mạch phản hồi) - Ổn định tốc độ phương pháp phản hồi dương dòng điện - Ổn định tốc độ phương pháp phản hồi âm điện áp - Ổn định tốc độ phương pháp phản hồi âm tốc độ CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH LỰC 2.1 Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu pha hình tia có điều khiển 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý Hình 2: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển-Tải trở Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu ba pha hình tia tải trở R trình bày hình Sơ đồ bao gồm máy biến áp ba pha nối Δ/Y, thiết bị chỉnh lưu T1, T2 T3 nối thành nhóm catơt chung Các cực anôt thiết bị chỉnh lưu nối với ba đầu cuộn dây thứ cấp máy biến áp Điểm catôt chung cực dương chỉnh lưu, cực âm trung tính máy biến áp Tải nối hai cực nguồn 2.1.2 Nguyên lý hoạt động Hình 3: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực Điện áp nguồn pha 380V chuyển thành điện áp đo nhờ khối cảm biến điện áp Khối cảm biến cịn có chức dời góc độ tín hiệu kích đến vị trí điện áp chuyển pha Bắt đầu điểm điện áp pha tức thời mắc với thyristor lớn nhất, đảm bảo có xung kích thyristor tương ứng dẫn điện Điện áp sau cảm biến đo cho vào khối so sánh, điện áp từ cảm biến lớn ngõ khối so sánh mức cao Tín hiệu mức cao cho phép khối tạo góc kích alpha xuất góc kích sau khoảng thời gian chờ alpha (α) Khoảng thời gian chỉnh góc kích điều khiển thyristor u cầu Dụng dòng điện, điện áp phần tử sơ đồ cho thị hình, với góc điều khiển α = 30 Trong khoảng θ1 < θ < θ2, điện áp pha A dương Nếu thyristor V1 nhận tín hiệu điều khiển thời điểm θ1 + α, V1 mở thông, nối tải vào pha xoay chiều Ua, nên Ud = Ua Trong khoảng θ2 < θ < θ3, điện áp pha b dương Nếu thyristor V nhận tín hiệu điều khiển thời điểm θ2 + α, V2 mở thông, nối tải vào pha xoay chiều Ub, nên Ud = Ub Khi V2 mở đặt điện áp ngược lên V1, khố V1 lại lúc Uab < θ Tương tự xét khoảng van dẫn lại Với tải trở, dòng tải lặp lại dạng điện áp Do với góc điều khiển α < 30 dịng tải có dạng liên tục Khi α ≥ 30 dòng tải θ = 18θ° Thyristor khoá tự nhiên θ > 180 nên sơ đồ làm việc chế độ dịng gián đoạn Trong đó: Ud: Điện áp chỉnh lưu αmin = 10°: góc dự trữ có suy giảm điện áp lưới ∆Uv = 1,8 (V) : sụt áp Thyristor ∆Udn ≈ : sụt áp dây nối ∆Uba = ∆Ur + ∆Ux : sụt áp điện trở điện kháng máy biến áp Sơ ∆Uba = 5% Ud = 400×5% = 20 (V) Suy U d + 2.∆Uv + ∆U dn + ∆U ba cos α Udo = = =409,8 (V) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2f = U Ku = = 350,25(V) Dòng điện cuộn dây: Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: 1 I2 = Id = × 20 = 11,6 (A) Dịng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: U2 I1 = kBA I2 = U ×I2 = ×11,6 = 10,7 (A) Xác định kích thước mạch từ Tiết diện sơ trụ QFe = kQ Trong đó: S BA m f kQ: Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = m: Số trụ máy biến áp, m = f: Tần số nguồn xoay chiều, f =50Hz Thay vào ta có: QFe = 8400 3.50 = 44,89 cm2 Đường kính trụ d= 4.Q Fe π = 4.44,89 π = 7,56 cm Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn: d = cm Chọn loại thép kĩ thuật điện, thép có độ dày 0,5 mm Chọn sơ mật độ từ cảm trụ BT = T Chọn tỷ số m = = 2,3 Suy h = 2,3d = 2,3 = 18,4 cm (Thông thường m = ÷ 2,5) Chọn chiều cao trụ h = 20 cm Số vòng dây pha sơ cấp máy biến áp: U1 W1 = 4, 44 f B.QFe = = 381,3 (vịng) Trong : B : Từ cảm (B=1) Chọn W1 = 380 (vòng) Số vòng dây pha thứ cấp máy biến áp: U2 W2 = U ×W1 = × 380 = 350,25 (vòng) Chọn W2 = 350 (vòng) Chọn sơ mật độ dòng điện máy biến áp: Đối với dây dẫn đồng, máy biến áp khô: J = 2÷2,75[A/mm2] ⇒ Chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2) Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: I1 S1 = J = = 3,9 (mm2) Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp: I2 S2 = J = = 4,22 (mm2) Bảng thông số máy biến áp: Công suất máy biến áp biểu kiến SBA = 8,4 kVA Điện áp pha sơ cấp U1 = 380 V Điện áp pha thứ cấp U2 = 350,25 V Dòng điện hiệu dụng sơ cấp I1 = 10,7 A Dòng điện hiệu dụng thứ cấp I2 = 11,6 A Số vòng dây mổi pha sơ cấp W1 = 380 vòng Số vòng dây mổi pha thứ cấp W2 = 350 vòng 3.1.4 Bảo vệ dòng, ngắn mạch cho tải Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ tải ngắn mạch thyistor, ngắn mạch đầu biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch chế độ nghịch lưu - Chọn aptomat có: Idm aptomat = k.Itải = 2.Iđm tải = x 20 = 40 A Với Itải: dòng điện định mức động k: Hệ số an toàn (thường chọn k = 2) Udm = 400 V - Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch thyristor, ngắn mạch đầu chỉnh lưu: Nhóm 1CC: Dịng điện định mức dây chảy nhóm 1CC là: I1CC = 1,1 I2 = 1,1 11,6 = 12,8 A; Nhóm 2CC: Dịng điện định mức dây chảy nhóm 2CC là: I2CC = 1,1.IhdV = 1,1 11,6 = 12,8 A; Nhóm 3CC: Dịng điện định mức dây chảy nhóm 3CC là: I3CC = 1,1.Idm = 1,1 20 = 22 A; Vậy chọn cầu chảy nhóm: 1CC loại 15 A; 2CC loại 15 A; 3CC loại 25 A; 3.2 Tính chọn thiết bị mạch điều khiển: Bảng thơng số kĩ thuật thiết bị điều khiển (TCA 785) Thông số Dòng tiêu thụ Giá trị Giá trị tiêu Giá biểu(F= 50 max HZ VS=5V) IS Điện áp vào điều khiển , chân V11 11 trở kháng vào R11 trị Đơn vị 4,5 6,5 10 MA 0,2 15 V10 V MAX kΩ 1000 μA Mạch tạo cưa Dòng nạp tụ I10 10 Biên độ cưa V10 Điện trở mạch nạp R9 80 VS-2 V 300 KΩ Thời gian sườn ngăn xung tP cưa Ms Tín hiệu cấm vào, chân Cấm V6I 3.3 Cho phép V6H 3.3 Xung hẹp V13 3.5 2.5 Xung rộng H 2.5 V V Độ rộng xung ra, chân 13 2.5 3.5 V V Xung chân 14,15 Điện áp mức cao V14/V VS-13 VS-2.5 VS V Điện áp mức thấp 15 0.3 0.8 1.0 V Độ rộng xung hẹp V14/V 20 30 μs Độ rộng xung rộng 15 530 620 40 μs/n 760 F 3.1 3.4 V 2x10-4 5x10-4 1/K tP Điện áp điều khiển Điện áp chuẩn VREF Góc điều khiển ứng với điện αrsef áp chuẩn 2.8 CHƯƠNG 4: DÙNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG DẠNG SĨNG DỊNG ĐIỆN, ĐIỆN ÁP TRÊN TẢI, TRÊN VAN Ở CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.1 Chế độ dòng điện liên tục α 30o 4.1.1 Dạng sóng dịng điện tải (α = 30o) Hình 9: Dạng sóng dịng điện (α =30o) - Ln có dòng điện đặt vào phần ứng động - Động hoạt động ổn định chế độ dịng liên tục 4.1.2 Dạng sóng điện áp tải (α = 30o) Hình 10: Dạng sóng điện áp (α =30o) Dòng điện cuộn thứ cấp dòng điện chiều, biến áp pha trụ mà từ thông lõi thép biến áp từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn Khi chế tạo biến áp động lực, cuộn dây thứ cấp phải đấu (Y), có dây trung tính phải lớn dây pha dây trung tính chịu dịng tải - Ta thấy làm việc chế độ liên tục (α 30o ) điện áp Ud dương - Điện áp tải đạt giá trị cực đại hay Umax ≈ 310 V - Điện áp trung bình tải α = 30o hay Ud = 270 V - Khi thay đổi góc kích α, giá trị điện áp đặt vào động tỉ lệ nghịch với giá trị góc kích (Ud = Umax α = 0o ) - Giá trị điện áp mô chưa đạt giá trị Uđm 4.1.3 Dạng sóng dịng điện van (α = 30o) Hình 11: Dạng sóng dịng điện van (α =30o) Trong đó: + ID1: dịng điện van T1 + ID2: dòng điện van T2 + ID3: dòng điện van T3 - Tại thời điểm van dẫn van có dịng điện qua - Việc điều khiển van bán dẫn tương đối đơn giản - Dòng diện van chế độ liên tục có giá trị lớn dịng điện van chế độ gián đoạn 4.1.4 Dạng sóng điện áp van (α = 30o) Hình 12: Dạng sóng điện áp van (α =30o) Trong đó: + UV1: điện áp van T1 + UV2: điện áp van T2 + UV3: điện áp van T3 - Giá trị điện áp ngược cực đại đặt van hay Ungmax ≈ 570V - Giá trị điện áp van thời điểm van dẫn - Điện áp ngược trung bình mà van phải chịu chế độ dòng liên tục lớn điện áp ngược trung bình van chế độ dịng gián đoạn 4.2 Chế độ làm việc gián đoạn (α > 30o ) 4.2.1 Dạng sóng dịng điện tải (α = 45o) Hình 13: Dạng sóng dịng điện (α = 45o) - Dòng điện tải đạt giá trị cực đại hay Imax ≈ 25 A - Dòng điện trung bình tải α = 45o hay Id = 18,5 A - Do tải khơng có tính cảm góc kích α = 45 o nên dịng điện có thời điểm bị gián đoạn 4.2.2 Dạng sóng điện áp tải (α = 45o) Hình 14: Dạng sóng điện áp (α = 45o) Dịng điện cuộn thứ cấp dòng điện chiều, biến áp pha trụ mà từ thông lõi thép biến áp từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn Khi chế tạo biến áp động lực, cuộn dây thứ cấp phải đấu (Y), có dây trung tính phải lớn dây pha dây trung tính chịu dịng tải - Điện áp tải đạt giá trị cực đại hay Umax ≈ 310 V - Điện áp trung bình tải α = 45o hay Ud = 200 V - Do tải khơng có tính cảm góc kích α = 45o nên điện áp có thời điểm - Khi thay đổi góc kích α, giá trị điện áp đặt vào động tỉ lệ nghịch với giá trị góc kích (Ud = Umax α = 0o ) - Giá trị điện áp mô chưa đạt giá trị Uđm 4.2.3 Dạng sóng dịng điện van (α = 45o) Hình 15: Dạng sóng dịng điện van (α = 45o) Trong đó: + ID1: dịng điện van T1 + ID2: dòng điện van T2 + ID3: dòng điện van T3 - Tại thời điểm van dẫn van có dịng điện qua - Thành phần sóng hài bậc cao bé - Việc điều khiển van bán dẫn tương đối đơn giản 4.2.4 Dạng sóng điện áp van (α = 45o) Hình 16: Dạng sóng điện áp van (α = 45o) Trong đó: + UV1: điện áp van T1 + UV2: điện áp van T2 + UV3: điện áp van T3 - Giá trị điện áp ngược cực đại đặt van hay Ungmax ≈ 570V - Giá trị điện áp van thời điểm van dẫn + Mỗi Thyristor dẫn điện 1/3 chu kỳ điện áp nguồn, thyristor kích dẫn điện áp có giá trị tức thời lớn + Tại thời điểm V1 lớn nhất, có xung kích G1 thyristor dẫn, điện áp tải với điện áp nguồn Nhưng khác với mạch chỉnh lưu pha hình tia khơng có điều khiển: V1 giảm xuống nhỏ V2 thyristor tiếp tục dẫn V1 Điều V1 < V2 chưa có xung kích thyristor nên thyristor tiếp tục dẫn Nói cách khác giảm góc kích V1 < V2 có xung kích G2 THY1 ngưng THY2 dẫn điện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Thịnh, “Tính tốn thiết kế thiết bị điện tử công suất”, Nhà xuất Giáo dục, 2008 [2] Quách Đức Cường, Nguyễn Đăng Toàn, Tổng hợp hệ thống điện cơ, NXB Khoa học kỹ thuật, 2019 [3] Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi, “Điều chỉnh tự động truyền động điện”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2005 [4] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, “Điện tử công suất”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2005 [5] Đỗ Đức Trí, Vương Thị Ngọc Hân, “Giáo trình ứng dụng PSIM điện tử cơng suất”, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh, 2015 [6] Nguyễn Bính, “Điện Tử Cơng Suất”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1996 [7] https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/three-phase-rectifier [8] http://123docz.net/document/961225-nghien-cuu-thiet-ke-he-truyen-dong-dient-d-co-dao-chieu-dieu-khien-chungcho-dong-co-mot-chieu-kich-tu-doc-lap.htm [9] http://123docz.net/document/707269-thiet-ke-he-thong-truyen-dong-he-td-codao-chieu-dung-chinh-luu-cau-ba-pha.htm [10] https://www.youtube.com/watch?v=FfEn9gdQv5I&t=2450s ... http://123docz.net/document/961225-nghien-cuu-thiet-ke-he-truyen-dong-dient-d-co-dao-chieu-dieu-khien-chungcho-dong-co-mot-chieu-kich-tu-doc-lap.htm [9] http://123docz.net/document/707269-thiet-ke-he-thong-truyen-dong-he-td-codao-chieu-dung-chinh-luu-cau-ba-pha.htm...MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T-Đ 1.1 Khái quát chung hệ truyền động