thiết kế mạch tự động cấp kích từ cho động cơ đồng bộ

Đồ án điện tử công suất Lời mở đầu Trong những năm gần đây, nhờ sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, rất nhiều loại máy móc thiết bị mới ra đời, phục vụ trong công nghiệp và sinh hoạt. Tuy nhiên, có những máy mà cha thể thay thế hoàn toàn, chẳng hạn nh động cơ đồng bộ. Mặc dù động cơ đồng bộ có cấu tạo phức tạp, mở máy rất khó khăn nhng lại có những đặc tính quí giá nh nh hệ số công suất cos rất cao, không cần lấy công suất phản kháng từ lới và khả năng tải lớn hơn do momen chỉ tỉ lệ bậc nhất với điện áp. Vì vậy ngời ta thờng cố gắng khắc phục những nhợc điểm của động cơ đồng bộ. Trong đó việc tìm ra phơng pháp khởi động động cơ một cách hiệu quả nhất đợc quan tâm thờng là khởi động theo phơng pháp không đồng bộ. Trên cơ sở đó bản đồ án này có nhiệm vụ thiết kế mạch tự động cấp kích từ cho động cơ đồng bộ. Mạch đảm bảo quá trình khời động cho động cơ theo chế độ khởi động không đồng bộ. Trong quá trình làm việc phải cho phép chế độ quá kích thích trong thời gian đến vài chục giây và điều chỉnh đợc. Các số liệu: Điện áp kích từ định mức: 75V DC. Công suất kích từ định mức: 24KV. Điện áp kích từ cực đại (quá kích từ): 130 V. Điện trở khởi động: 0,8. Điện áp lới điện: 3. 380V. Trong quá trình hoàn thành bản đồ án này, do còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm, nên không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Em rất mong đợc sự nhận xét, chỉ bảo của các thầy cô trong bộ môn qua đó, em có kiến thức sâu hơn về mạch tự động cấp kích từ cho động cơ đồng bộ. Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Quốc Hải và các thầy cô trong bộ môn đã nhiệt tình giúp đỡ và động viên em hoàn thành bản đồ án này. Sinh Viên: Vũ Thị Bích Chơng 1: tìm hiểu công nghệ và yêu cầu kĩ thuật của thiết bị I. Động cơ đồng bộ 1. Khái niệm chung: Máy đồng bộ là máy điện xoay chiều có hai dây quấn, một dây quấn nối với lới điện có tần số W1, không đổi còn dây quấn thứ hai đợc kích thích bằng dòng một chiều(W2=0) Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 1 Đồ án điện tử công suất Động cơ đồng bộ đợc sử dụng khá rộng rãi trong những công suất trung bình và lớn, có yêu cầu ổn định tốc độ cao. Động cơ đồng bộ thờng dùng cho máy bơm ,quạt gió, các hệ truyền động của các nhà máy luyện kim và cũng thờng đợc sử dụng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát - động cơ công suất lớn. Ưu điểm: có độ ổn định tốc độ cao, hệ số cos và hiệu suất lớn, vận hành có độ tin cậy cao. Sơ đồ nguyên lý: Mạch stato của nó tơng tự nh động cơ không đồng bộ, mạch roto có cuộn kích từ để sinh ra từ trờng trong máy và các cuộn dây khởi động( kiểu lồng sóc và dây quấn) 2. Nguyên lý làm việc: Tác dụng của từ trờng do dòng kích từ gây ra lên từ trờng quay của stato tạo nên momen và momen quay với tốc độ đồng bộ xác định bởi biểu thức: N DB =f: p (vòng/phút) Tốc độ góc đồng bộ là: W DB = 2f (rad/s) Trong đó f: tần số(Hz) p: Số đôi cực Từ trờng quay trong khe hở không khí kéo theo roto quay với tốc độ đồng bộ. Xem xét đơn giản các đặc tính của động cơ đồng bộ: nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato và điện kháng tản, biểu thức của từ trờng trong khe hở không khí luôn liên hệ với điện áp đặt vào stato, biên độ của từ trờng này là không đổi. Xét thời điểm pha A cực đại, từ thông trong dây quấn stato là đối xứng ở lân cận dây quấn pha A. Trong trờng hợp hệ số công suất của dòng điện stato =1, momen của tải làm cho roto chậm sau so với từ thông stato.Vì lý do đờng sức khép kín, các dòng điện stato tạo nên sức từ động tổng. Nếu dòng kích từ tăng đột ngột, biên độ của từ thông tăng tức thời , momen tăng làm cho roto tăng tốc về phía trớc cho đến khi đạt tới cân bằng ở góc lệch rất nhỏ .Vì từ thông tổng không đổi, tăng sức từ động làm phần cảm đợc bù băng dòng điện stato (do đó dòng điện vợt trớc) sao cho sự phân bố của sức từ động stato trong một đờng sức khép kín ngợc với sự thay đổi của kích từ. Kết quả rõ ràng là khi tăng kích từ sẽ làm giảm góc lệch của cực từ và hệ số công suất của dòng stato sẽ vợt trớc dòng điện lới. Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 2 - + ~ U Đồ án điện tử công suất Giảm dòng kích từ tạo ra hiệu quả ngợc lại. Góc lệch cực từ tăng lên và hệ số công suất của dòng stato chậm sau điện áp lới. 3.Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ: Khi đóng stato động cơ đồng bộ vào lới điện xoay chiều có tần số f1 không đổi, động cơ sẽ làm việc với tốc độ không đổi là tốc độ đồng bộ : W1 = 2f1/p. Trong phạm vi momen cho phép M M max , đặc tính cơ là tuyệt đối cứng, nghĩa là độ cứng đặc tính cơ = vô cùng. Khi momen vợt quá trị số M max thì tốc độ động cơ sẽ mất đồng bộ. 4. Mở máy động cơ đồng bộ: Quá trình khởi động của động cơ đồng bộ gồm 2 giai đoạn: * Giai đoạn 1: Stato của động cơ đợc đấu vào nguồn điện xoay chiều còn cuộn kích từ đóng kín qua điện trở hạn chế R hc để cuộn kích từ khỏi bị quá áp do sức điện động cảm ứng sinh ra trong nó (R hc = (8 - 10)R kt ). Trong giai đoạn này động cơ đồng bộ đợc khởi động nh một động cơ không đồng bộ. Khi mở máy không đồng bộ, động cơ đồng bộ lấy đà đến tốc độ gần đồng bộ nhờ momen không đồng bộ M KD của bản thân xuất hiện khi đóng mạch dây quấn phần ứng vào l- ới. Sau khi đợc nối vào lới có điện áp là U L và tần số lới f l , dòng điện trong dây quấn phần ứng tạo nên từ trờng quay với tốc độ DB . Khi có sự xê dịch giữa từ trờng quay so với roto với tốc độ DB - = s DB thì trong dây quấn kích thích nối kín mạch qua R HC và trong dây quấn cảm kiểu dây quấn ngắn mạch có bớc không đều sẽ có dòng điện cảm ứng, tần số là sf L (: tốc độ góc của roto, s: hệ số trợt ). Do tơng tác của dòng điện cảm ứng trong các mạch vòng bị nối tắt của roto với từ trờng quay có momen điện từ không đồng bộ M KD nh trong động cơ không đồng bộ đợc hình thành chủ yếu do các dòng điện cảm ứng trong dây cuốn cản. Vì vậy các tham số dây cuốn cản (điện trở, điện kháng) thuộc vào số lợng, kích thớc và vật liệu các thanh dẫn đợc chọn xuất phát từ các điều kiện mở máy sao cho đảm bảo đầy đủ momen không đồng bộ trong tất cả các giai đoạn khởi động. Do đó dây cuốn cản dùng cho khởi động không đồng bộ còn gọi là dây cuốn mở máy. Quan hệ giữa momen không đồng bộ của động cơ đồng bộ với hệ số trợt M=f(s): Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 3 0 M max M W1 W M kd M kdmax M s=0,05 M kd =0 R tt 0 R tt = 0 M m 0 s 0 0,05 s max 0,5 1 s Đồ án điện tử công suất Khi bắt đầu quay, lúc đó hệ số trợt s = 1, momen mở máy bắt đầu M mm tác dụng lên roto và ở hệ số trợt s max thì xuất hiện momen cực đại M max . Momen không đồng bộ tỉ lệ với bình phơng điện áp lới M kd U 2 . Do đó nhất thiết phải nói là các trị số đặc tính của nó M, M max đợc xác định ở điện áp nào. Thông thờng các momen đặc trng không đồng bộ đợc biểu thị theo tỉ số momen định mức của động cơ ở chế độ đồng bộ: M mm, / M đm , M max /M đm. Ta thấy trong việc hình thành momen không đồng bộ , ngoài sự tham gia của dây cuốn cản còn có dây cuốn kích thích vốn là dây cuốn 1 pha. Dòng điện cảm ứng trong dây quấn kích thích tạo ra từ trờng đập mạch hớng theo dọc trục, khác với từ trờng quay sinh ra do dòng điện nhiều pha trong dây quấn cản. Do đó trong đờng cong momen không đồng bộ xuất hiện chỗ lõm ở khu vực s = 0.5 có thể làm cho việc mở máy động cơ bị xấu đi. Cũng phải nhấn mạnh là khi mở máy , dây quấn kích từ nhất thiết phải nối với máy kích thích hoặc điện trở triệt từ vì trong dây quấn kích từ để hở mạch sẽ xuất hiện điện áp đáng kể chọc thủng cách điện và làm hỏng máy. * Giai đoạn 2: Cuối giai đoạn thứ nhất: khi tốc độ đạt 95% -98% tốc độ đồng bộ. Lúc này ta đa dòng kích từ vào roto để tạo ra momen đa tốc độ động cơ lên đồng bộ. Giai đoạn này rất quan trọng vì nếu không đa động cơ lên tốc độ đồng bộ thì động cơ sẽ làm việc ở trạng thái không đồng bộ và cuộn khởi động sẽ bị phát nóng quá mức, có thể bị cháy. 5. Vào/ ra đồng bộ: Sau khi mở máy và đợc kéo vào đồng bộ , ở chế độ xác lập dòng điện trong dây quấn đó không tồn tại. Tuy nhiên, bất kì quá trình quá độ nào liên quan đến sự thay đổi điện áp dòng kích từ hoặc momen ngoài thì từ thông móc vòng với dây cuốn cản thay đổi và trong dây cuốn đó xuất hiện dòng điện cảm ứng làm quá trình quá độ tiến hành thuận lợi hơn. Điều này làm cho máy đồng bộ hàng loạt các loại đặc tính quí giá mà quan trọng nhất là khả năng làm việc ở những chế độ đồng bộ mà ở cả chế độ không đồng bộ trong trờng hợp mất đồng bộ. Cũng có khả năng là momen không đồng bộ xuất hiện trong khoảnh khắc tốc độ góc roto lệch khỏi đồng bộ, khi đó việc xuất hiện momen không đồng bộ tạo thuận lợi làm chuyển dễ dàng hơn sang chế độ mới, khôi phục lại tốc độ đồng bộ của roto. Điện áp lới sụt thấp, dòng kích từ momen giảm hoặc momen ngoài tăng đột ngột có thể là nguyên nhân mất đồng bộ. Sự mất đồng bộ sẽ xảy ra khi momen ngoài vợt momen đồng bộ cực đại M dbmax . Sau đó mất đồng bộ dới tác dụng của momen ngoài, tốc độ góc quay của rôto trở lên lớn hơn đồng bộ nếu trớc đó máy làm việc nh máy phát và nhỏ hơn đồng bộ nếu máy làm việc nh động cơ. Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 4 Đồ án điện tử công suất Khi tốc độ roto càng sai khác tốc độ từ trờng thì hệ số trợt tăng, momen điện từ không đồng bộ tăng dần và ở một hệ số trợt s nào đó, momen ngoài có thể cân bằng momen điện từ không đồng bộ. Khả năng làm việc của máy đồng bộ ở chế độ không đồng bộ sau khi mất đồng bộ đợc xác định do đặc tính của momen không đồng bộ của máy. Hệ số trợt xác lập chế độ không đồng bộ. 2 2 cos L dm kd N U R M M s == Hệ số trợt này rất bé , trong các máy lớn bằng vài phần nghìn. Do đó sau khi mất đồng bộ trong nhiều trờng hợp máy chuyển sang chế độ không đồng bộ. Thời gian kéo dài cho phép của chế độ không đồng bộ thuộc tổn hao sinh ra trong các mạch bị nối tắt ở roto. P cu 2 = s. P dt s. P Nó phải đợc đánh giá từ trớc bằng tính toán nhiệt thông thờng có thể làm việc dài hạn ở chế độ không đồng bộ khi hạ thấp công suất chút ít . Vì ở chế độ không đồng bộ , máy không phát công suất phản kháng vào hệ thống nên sau khi loại trừ sự cố dẫn đến mất đồng bộ phải đa máy trở lại chế độ đồng bộ. Quá trình đa từ chế độ không đồng bộ về chế độ đồng bộ gọi là tái đồng bộ . Quá trình tái đồng bộ tơng tự nh đồng bộ. Nếu hệ số trợt ở chế độ không đồng bộ nhỏ hơn nhiều so với hệ số trợt vào đồng bộ s o , ở đó có thể kéo vào đồng bộ thì có thể thực hiện tái đồng bộ mà không cần phải tác động gì. Nếu ở chế độ không đồng bộ, hệ số trợt s lớn hơn s 0 thì phải điều chỉnh dòng kích từ: tăng dòng kích từ để có thể kéo vào động bộ. II. Yêu cầu công nghệ và yêu cầu kỹ thuật. Mạch tự động cấp kích từ cho động cơ không đồng bộ, đảm bảo quá trình khởi động cho động cơ theo chế độ không đồng bộ. Trong quá trình làm việc phải cho phép chế độ quá kích thích trọng thời gian đến vài trục giây và điều chỉnh đợc. Ta biết rằng khởi động động cơ đồng bộ là quá trình đa động cơ vào làm việc bắt đầu đặt điện áp xoay chiều 3 pha vào dây quấn stato, trong máy có từ trờng quay quay với tốc độ đồng bộ n 1 = p f60 , cho đến khi ta đa kích từ một chiều vào dây quấn roto thì roto trở thành một nam châm điện. Tác dụng tơng hỗ giữa từ trờng quay và từ trờng của roto sẽ sinh ra mômen điện từ làm cho roto quay cùng chiều quay với từ trờng với tốc độ n = n 1 . Tuy nhiên để thực hiện đợc nh vậy là không dễ dàng, đặc biệt là với động cơ đồng bộ có công suất lớn. Vì vậy th- ờng sử dụng phơng pháp không đồng bộ gồm 2 giai đoạn để khởi động cho động cơ đồng bộ (nh đã nói ở chơng 1) và mạch thiết kế cần phải đảm bảo đợc yêu cầu này. Nhng không phải lúc nào động cơ cũng vào đợc tốc độ đồng b. Khi phát hiện hệ có nguy cơ mất đồng bộ thì tự động cấp quá kích thích để tăng dòng kích từ để giữ đồng bộ song chỉ nên duy trì một thời gian. Sau khoảng thời gian này mà vẫn không thể vào đợc đồng bộ thì ngắt hệ ra khỏi nguồn và thực hiện lại quá trình khởi động. Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 5 Đồ án điện tử công suất Thực tế cho thấy là động cơ làm việc đồng bộ rồi mà vẫn có thể mất đồng bộ do các nguyên nhân nh điện áp lới sụt thấp, dòng kích từ giảm hoặc momen cảm tăng đột ngột. Có thể phát hiện ra bằng cách so sánh tốc độ của roto với tốc độ của từ trờng (nhờ phản hồi âm tốc độ) tức là trong mạch có sử dụng một máy phát tốc. Sau đó lại tự động thực hiện quá trình cấp quá kích từ nh trên. Chơng 2: Lựa chọn các phơng án I. Hệ kích từ máy đồng 1. Dùng máy kích thích một chiều. Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 6 Đồ án điện tử công suất Máy kích thích một chiều FK t , FK đợc kéo một động cơ sơ cấp (có thể dùng động cơ không đồng bồ roto lồng sóc). Có cuộn dây kích từ L FK nối song song. Biến trở R để thay đổi từ thông của FK nhằm thay đổi điện áp phát ra của FK. Nh vậy sức điện động cảm ứng sinh ra trong dây quấn cảm ứng phụ thuộc dòng kích th- ớc i t và tốc độ quay của máy theo biểu thức: a. R.i t + L FK . E dt di t = Khi dòng điện đạt đến trị số xác lập i t = I t thì 0= dt di t và điện áp ngợc đợc tạo ra ở đầu máy là a. R. I t = E. Do đó điện áp xác lập của FK phụ thuộc vào biến trở R. Nhận thấy trên đờng đặt tính khi R tăng thì điện áp phát ra sẽ giảm vì vậy muốn thay đổi dòng kích từ qua dây quấn kích từ của động cơ thì phải thay điện trở kích từ của dây quấn kích từ và thay đổi tốc độ của động cơ sơ cấp. Việc điều chỉnh R là rất khó khăn và độ chính xác không cao hơn nữa việc thay đổi tốc độ động cơ sơ cấp không dễ và phạm vi điều chỉnh hẹp. Vì vậy dùng máy kích từ một chiều để cấp kích từ cho động cơ đồng bộ có công suất lớn là không kinh tế và rất khó khăn trong việc khởi động và giữ đồng bộ động cơ với lới. 2. Hệ kích từ dùng máy kích từ xoay chiều kết hợp với bộ chỉnh lu: Có 2 phơng án: a. Máy kích từ có phần cảm quay, phần ứng tĩnh b. Máy kích từ xoay chiều có phần cảm tĩnh, phần ứng quay Theo phơng pháp này, phần tĩnh và phần quay đợc trình bày tách biệt bằng đờng phân ranh giới thẳng đứng. Muốn dòng điện đi qua đờng phân ranh giới đó cần phải có vành trợt và chổi điện. Rõ ràng là phơng án (b) không đòi hỏi vành trợt và chổi điện. Ưu điểm này rất quan Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 7 E d a 3 R > a 2 R >a 1 R Đồ án điện tử công suất trọng đối với những máy đồng bộ công suất lớn cần dòng kích từ mạch (khoảng 3000A cho máy phát đồng bộ 600KW). Tuy nhiên giải pháp này kéo theo những khó khăn về chế tạo phần ứng quay (so với chế tạo phần cảm quay), hơn nữa các điot chỉnh lu phải chịu các lực ly tâm lớn và phải đợc đặt sao cho roto đảm bảo cân bằng động. Máy kích từ xoay chiều đợc nối trục với máy phát đồng bộ. Dòng điện phần ứng của máy kích từ điều chỉnh trực tiếp dòng kích từ I t . Dùng tiristo chỉnh lu sẽ làm tăng nhanh đáp ứng điều khiển, nhng đối với phơng án (b) khó khăn gặp phải là vấn đề truyền tín hiệu điều khiển vào tiristo quay. 3. Hệ tự kích thích: Trong trờng hợp này điện áp và dòng kích từ tỷ lệ với tổng vectơ các điện áp U t và U i của các máy biến áp TU và máy biến dòng TI. II. Sơ đồ chỉnh l u Để cung cấp nguồn 1 chiều cho cuộn kích từ của động cơ đồng bộ, ta phải sử dụng một mạch chỉnh lu để biến đổi năng lợng dòng điện xoay chiều có sẵn thành năng lợng dòng điện 1 chiều. Thực tế có rất nhiều phơng án có thể sử dụng đợc, tuy nhiên để có một mạch chỉnh lu phù hợp với yêu cầu thiết kế ta cần xét một cách tổng quan về các sơ đồ chỉnh lu. Các bộ chỉnh lu điốt không thể làm thay đổi điện áp ra nên ta chỉ xét các mạch chỉnh lu điều khiển 1. Chỉnh lu một pha: Chỉnh lu một pha thờng đợc chọn khi nguồn cấp là lới điện một pha, hoặc công suất không quá lớn so với công suất lới (làm mất đối xứng điện áp lới) và tải không có yêu cầu quá cao về chất lợng điện áp một chiều. Trong chỉnh lu một pha nếu tải có dòng địên lớn và điện áp thấp, thì sơ đồ một pha chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính có u điểm hơn, bởi vì trong sơ đồ này tổn hao trên van bán dẫn ít hơn, nên công suất tổn hao trên van so với công suất tải nhỏ hơn, điện áp ngợc của van lớn (nếu điện áp cao mà chọn sơ đồ này có thể không chọn đợc van bán dẫn). Nếu tải có điện áp cao và dòng điện nhỏ thì việc chọn sơ đồ cầu chỉnh lu một pha hợp lý hơn do hệ số điện áp ngợc của van trong sơ đồ cầu nhỏ hơn do đó dễ chọn van. Chỉnh lu một pha cho ta điện áp với chất lợng cha cao, biên độ đập mạch điện áp quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn: điều này không đáp ứng đợc cho nhiều loại tải. Do nguồn cấp là lới 3 pha công nghiệp nên việc sử dụng chỉnh lu một pha có nhiều hạn chế, mặt khác do yêu cầu về chỉnh lu và giá trị điện áp, dòng điện lớn nên ta không nên dùng chỉnh lu một pha. Yêu cầu cao về chất lợng điện áp một chiều cung cấp cho cuộn kích từ để đảm bảo tốc độ đồng bộ cho động cơ đồng bộ cần thực hiện với mạch chỉnh lu nhiều pha hơn. 2. Chỉnh lu 3 pha: a. Chỉnh lu tia 3 pha: Chỉnh lu tia 3 pha không cho phép đấu thẳng vào lới điện nh vậy phải sử dụng máy biến áp có công suất lớn hơn công suất phía một chiều 1,35 lần. Bộ chỉnh lu này chỉ sử dụng 3 Thyristor đấu katôt chung vì vậy việc điều khiển chúng là dễ dàng. Tuy nhiên do công suất phía một chiều đòi hỏi lớn lên khi sử dụng bộ chỉnh lu này sẽ làm mất đối xứng giữa tải và nguồn. Vì vậy, chỉnh lu tia 3 pha thờng đợc chọn khi công suất tải không quá lớn so với biến áp nguồn cấp (để tránh gây mất đối xứng cho nguồn lới), và khi tải có yêu cầu không quá cao về chất lợng điện áp một chiều. Sử dụng mạch chỉnh lu này luôn cần có biến áp nguồn để có điểm trung tính ra tải; và do sụt áp trong mạch van nhỏ nên thích hợp với phạm vi điện áp làm việc thấp. Vì sử dụng nguồn 3 pha nên cho phép nâng công suất tải lên nhiều (đến vài trăm Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 8 Đồ án điện tử công suất ampe), mặt khác độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lu giảm đáng kể nên kích thớc bộ lọc cũng nhỏ đi nhiều. b. Chỉnh lu cầu 3 pha: Đây là loại đợc sử dụng nhiều nhất trong thực tế vì có nhiều u điểm hơn cả. Nó cho phép đấu thẳng vào lới điện 3 pha, độ đập mạch rất nhỏ (5%), nếu có dùng biến áp thì gây méo lới điện ít hơn các loại trên, đồng thời công suất máy biến áp cũng chỉ xấp xỉ công suất tải. Công suất mạch chỉnh lu này có thể rất lớn, đến hàng trăm kw. Chỉnh lu cầu 3 pha sẽ đợc chọn khi cần chất lợng điện áp ra một chiều tốt vì đây là sơ đồ có chất lợng điện áp ra tốt nhất trong các sơ đồ chỉnh lu thờng gặp. Để giảm tiết diện dây quấn thứ cấp biến áp thì các cuộn dây thứ cấp biến áp có thể đấu tam giác. Nhợc điểm của chỉnh lu cầu 3 pha là sụt áp trong mạch van gấp đôi sơ đồ hình tia nên cũng không phù hợp với cấp điện áp ra tải dới 10 V. Kết luận: Từ thực tế của yêu cầu thiết kế với yêu cầu về chất lợng điện áp một chiều tốt để có thể cung cấp cho cuộn kích từ của động cơ đồng bộ, đảm bảo cho việc tạo ra tốc độ đồng bộ theo yêu cầu và đợc duy trì lâu dài, với số liệu đã cho về giá trị điện áp, dòng điện, công suất kích từ, ta nhận thấy việc sử dụng mạch chỉnh lu dùng sơ đồ cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả. Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 9 Đồ án điện tử công suất Chơng 3: sơ đồ nguyên lý mạch thiết kế. I. Sơ đồ nguyên lý mạch lực: 1. Sơ đồ 2. Nguyên lý hoạt động. Thông thờng chỉnh lu cầu 3 pha không cần có máy biến áp lực. Tuy nhiên do yêu cầu điện áp phía một chiều là 75V cho nên cần phải có máy biến áo để giảm điện áp lới đặt vào bộ chỉnh lu. Mạch lực bao gồm các phần tử sau: Bộ chỉnh lu cầu 3 pha gồm 6 Thyristor. Các van nhóm lẻ T 1 , T 3 , T 5 đấu KC, các van nhóm chẵn T 2 ,T 4 , T 6 đấu AC. Các van mở khi nó đã thỏa mãn đợc điều kiện mở: với van chẵn thì phải có A âm nhất, với van lẻ dơng nhất và phải có xung điều khiển mở. Các van tự khóa nhờ đặt điện áp ngợc khi có van khác dẫn. Trên mạch có tiếp điểm của 2 côngtăctơ CTT1 và CTT2 trong đó có 2 tiếp điểm thờng đóng và 2 tiếp điểm thờng mở. Các tiếp điểm này đóng mở để đảm bảo yêu cầu đóng mở trong quá trình khởi động và đảm bảo kích từ. Điện trở R T là điện trở triệt từ có tác dụng tiêu tán năng lợng cảm ứng của dây quấn kích từ phía stato để tránh làm hỏng dây quấn kích thích. Dây quấn kích thích là phần cố định đợc đặt trong roto của động cơ. Khi có dòng điện kích từ một chiều chạy qua dây quấn kích thích sẽ tạo ra momen đồng bộ để kéo roto vào đồng bộ. Để khởi động động cơ đồng bộ theo phơng pháp khởi động không đồng bộ, ban đầu đóng điện lới cấp cho stato. Nhờ có dây quấn khởi động đặt trong roto nên nó sẽ tạo ra momen không đồng bộ làm cho roto quay. Do dây quấn kích từ đợc đặt ở roto nên khi cấp điện cho stato thì thì trờng quay của stato quét nó với tốc độ đồng bộ sẽ tạo ra điện áp cao trên nó. Tuy nhiên, nhờ tiếp điểm thờng đóng trong suốt quá trình này nên giây quấn kích từ đợc nối ngắn Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 10 [...]... ngắt Rt ra khỏi mạch con tiếp điểm thờng hở đóng lại nhờ vậy bộ chỉnh lu sẽ cấp nguồn một chiều cho dây quấn kích từ vì vậy sẽ xuất hiện một momen đồng bộ tác dụng tơng hỗ với momen không đồng bộ, tăng tốc cho đồng bộ để kéo roto đồng bộ vào đồng bộ Vì một lý do nào đó mà động cơ cha thể vào đồng bộ mặc dù tốc độ vẫn cho phép vào đồng bộ (côngtăctơ 2 vẫn đóng, côngtăctơ 4 vẫn mở thì mạch điều khiển... đó tăng dòng kích từ qua dây quấn kích từ vì vậy sẽ tăng momen đồng bộ và kéo roto vào tốc độ đồng bộ Nếu động cơ cha vào đợc đồng bộ và tốc độ không cho phép vào đồng bộ nữa thì côngtăctơ 3 mở ra, côngtăctơ 4 đóng lại Lúc đó i t = 0 và dây quấn kích từ lại đợc nối với Rt Vì vậy muốn động cơ vào đồng bộ thì phải tìm hiểu nguyên nhân và cố gắng khắc phục để động cơ đạt đợc tốc độ vào đồng bộ Nhận thấy... nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ là tự động cấp kích từ cho động cơ đồng bộ Còn bộ tạo trễ dung vi mạch 555 để tạo thời gian trễ khi cấp quá kích từ cho động cơ Chơng 4: Tính toán mạch lực I Tính toán van động lực 1 Chọn van động lực Các van động lực đợc chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện tỏa nhiệt, điều kiện làm việc * Điện áp ngợc cơ bản của van Unmax = knv = kvn ... tựu khoa học kỹ thuật đặc biệt là hệ thống điều khiển tự động hóa vào thực tế mang một ý nghĩa rất lớn Qua quá trình tìm hiểu nghiên cứu em đã có đợc những kiến thức cơ bản về mạch tự động cấp kích từ cho động cơ đồng bộ Mạch đảm bảo cho quá trình khởi động động cơ theo chế độ khởi động không đồng bộ Trong quá trình làm việc phải cho phép chế độ quá kích thích trong một khoảng thời gian và điều chỉnh... tử công suất mạch qua RT Vì vậy năng lợng đợc tiêu tán qua RT để bảo vệ giây quấn kích từ (RT là điện trở khởi động, có thể cho dòng rất lớn đi qua trong thời gian ngắn) ở giai đoạn này thì bộ chỉnh lu vẫn hoạt động nhng cấp cho tải do tiếp điểm thờng hở làm hở mạch vì vậy dòng kích từ qua dây quấn kích từ it = 0 Khi động cơ đạt đợc tốc độ gần bằng tốc độ đồng bộ thì côngtăctơ sẽ tác động Lúc này tiếp... xong đến khi động cơ đạt đợc tốc độ vào đồng bộ thì mới xuất hiện dòng kích từ i t qua dây quấn kích từ Khi phát hiện ra tốc độ đồng bộ đạt đợc tốc độ vào đồng bộ thì côngtăctơ 2 sẽ tác động nhờ điện áp tác động V hctt = f(n) II Sơ đồ mạch điều khiển 1 Sơ đồ Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 11 Đồ án điện tử công suất 2 Nguyên lí Do sử dụng 6 Thyristor trong mạch cầu 3 pha nên phải có 6 mạch điều khiển... Chọn rơle, công tắc tơ Điện áp đa vào OAu và OA5 là 8V (điện áp do phát tốc phát ra khi động cơ đồng bộ có khả năng vào đồng bộ) Có: +E = 12V -E = -12V Chọn VR3 = VR4 = 470 với p = 0,125W Vậy điện áp ngỡng để khi động cơ có khả năng vào đồng bộ U(-0A4) = 8V, U(+0A5) = -7,5 là điện áp ngỡng để cấp quá kích từ đồng bộ Vậy VR3 = VR4 = (12 7 ) 2 PVR 3 = 16 = 128 0,125 ( 12 ( 7,5) ) 2 0,125 = 162 Chọn... nuôi và đồng pha: + Ta thiết kế máy biến áp dùng cho cả việc tạo điện áp đồng pha và tạo nguồn nuôi, chọn kiểu máy biến áp 3 pha 3 trụ, trên mỗi trụ có 3 cuộn dây, một cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp + Điện áp lấy ra ở thứ cấp máy biến áp làm điện áp đồng pha lấy ra thứ cấp làm nguồn nuôi: U2= U2dph= UN = 9 (V) + Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha: I2dph= 1( m A) + Công suất nguồn nuôi cấp cho biến... tụ Cu = 0,47àF 8 Bộ tạo trễ: R23 R22 4 7 C8 8 6 2 1 3 5 C9 Chọn R23 =2600 K C8 = 10 àF Vậy tx = 1,1 R23 C8 = 26 giây Điều này có nghĩa sẽ cho phép cấp quá kích từ khoảng 26 giây Nếu quá thời gian này thì bộ tạo trễ sẽ tạo tín hiệu để ngắt mạch điều khiển , khởi động lại động cơ lại từ đầu Nh vậy thực chất bộ tạo trễ chính là tạo ra khoảng thời gian vài trục giây thực hiện quá kích từ, và quá trình... sơ đồ có khâu đồng pha, khâu tạo điện áp tựa, khâu so sánh, khâu tạo xung chùm, khâu khuyếch đại xung biến áp xung và phần thực hiện điện áp điều khiển Biến áp đồng pha có điện áp sơ cấp lấy từ thứ cấp biến áp mạch lực Cuộn sơ cấp đấu tam giác để tăng góc điều khiển cho các thyristor Thứ cấp biến áp điều khiển gồm 6 cuộn dây và có điểm trung tính Mỗi cuộn dây dùng để tạo ra một điện áp đồng pha có biên . là tự động cấp kích từ cho động cơ đồng bộ. Còn bộ tạo trễ dung vi mạch 555 để tạo thời gian trễ khi cấp quá kích từ cho động cơ. Chơng 4: Tính toán mạch. này động cơ đồng bộ đợc khởi động nh một động cơ không đồng bộ. Khi mở máy không đồng bộ, động cơ đồng bộ lấy đà đến tốc độ gần đồng bộ nhờ momen không đồng