Thông tin tài liệu
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Họ tên sinh viên Mã sinh viên Lớp HP GVHD Đà Nẵng, 20 tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Họ tên sinh viên: Nguyễn Hoài Nam Lớp: 221DADTCS2002 GVHD: Th.S Võ Khánh Thoại 1.Tên đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ độc lập Các số liệu ban đầu: Nguồn điện lưới xoay chiều pha 220/380V Động điện chiều kích từ độc lập: Pđm= 12 KW; Uđm=220 V; nđm= 1350 vg/ph; ηđm= 0,85; J= 0,45 kgm2 Hệ số dự trữ điện áp: Hệ số dự trữ dòng điện: Ku= 1,5 ÷ 1,8 Ki= 1,1 ÷ 1,4 Nội dung: Chương 1: Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập phương pháp điều chỉnh tôc độ động cơ; phương pháp điều chỉnh tôc độ động cách thay đổi điện áp phần ứng Chương 2: Lý thuyết chỉnh lưu cầu ba pha Chương 3: Thiết kế tính chọn phần tử mạch động lực Chương 4: Thiết kế tính chọn phần tử mạch điều khiển Chương 5: Mạch bảo vệ kết luận Chương 6: Mô mạch Matlab/Simulink Bản vẽ: (A1) Bản vẽ tổng thể gồm sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều khiẻn bảo vệ Tài liệu tham khảo: Các tài liệu môn học Kiểm tra tiến độ đồ án (Giáo viên HD ký lần SV đến gặp thông qua đồ án) Chương TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG I Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập: 1.Khái niệm: Là loại máy điện quay sử dụng điện chiều Động điện chiều thiết bị biến đổi điện thành Máy điện chiều làm việc chế độ động E < U, lúc dịng điện Iư ngược chiều với E Động chiều dùng phổ biến công nghiệp, ngành giao thơng vận tải nơi có yêu cầu điều chỉnh tốc độ quay liên tục phạm vi rộng Trong phân tích hệ thống truyền động, thường biết trước đặc tính M c(ω) máy sản xuất Đạt trạng thái làm việc với thơng số u cầu tốc độ, mơ men, dịng điện động cơ,…cần phải tạo đặc tính nhân tạo động tương ứng Mỗi động có đặc tính tự nhiên xác định số liệu định mức sử dụng loạt số liệu cho trước Phương trình đặc tính động điện viết theo dạng thuận M = f(ω) hay dạng ngược ω = f(M) 1.1Cấu tạo hoạt động 1.1.0.Cấu tạo Gồm có phần Stato Roto 1.1.1 Stato Stato cịn gọi phần cảm gồm có lõi thép thép đúc mạch từ vừa vỏ máy, có cực từ chính, cực từ phụ dây quấn kích từ 1.1.2 Rơto Roto máy điện chiều (phần ứng) gồm có lõi thép, dây quấn phần ứng cổ góp SVTH: NGŨN HỒI NAM Hình 1.1 Cấu tạo động điện chiều Nguyên lý hoạt động: Khi ta cho dòng điện chiều vào chổi than dịng điện vào dẫn cực N dẫn cực S nên tác dụng từ trường sinh moment có chiều khơng đổi làm quay máy Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái Bộ phận chỉnh lưu ( chổi than cổ góp ) đảo chiều dòng điện sau nửa vòng quay Kết phần bên trái cuộn dây dịng điện ln phía sau phần bên phải cuộn dây dịng điện ln phía trước nên moment lực tạo hướng chiều quay Khi động làm việc, dây dẫn phần ứng chuyển động từ trường phần cảm nên chúng lại xuất suất điện động cảm ứng, sinh dòng cảm ứng ngược chiều với dòng điện đưa vào phần ứng Vì sức điện động cảm ứng cịn gọi sức phản điện Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động Động điện chiều 1.2.1 Đặc điểm SVTH: NGUYỄN HOÀI NAM + Nguồn cấp cho phần ứng kích từ độc lập Khi nguồn có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi mắc kích từ song song với phần ứng, lúc động gọi động điện chiều kích từ song song Ở động kích từ song song coi kích từ độc lập nên ta coi hai động Ở động điện chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ khởi động từ cấp điện từ nguồn điện tách biệt với nguồn điện cấp cho cuộn ứng Ở động điện chiều kích từ song song cuộn kích từ cuộn ứng cấp điện nguồn Trường hợp mà nguồn điện có cơng suất lớn nhiều so với cơng suất tính chất động tương tự động kích từ độc lập Hình 1.3 Sơ đồ nối dây động điện chiều a) Sơ đồ nối dây động kích từ độc lập b) Sơ đồ nối dây động kích từ song song 1.3 Phương trình đặc tính: 1.3.1 Phương trình cân điện áp : Uư =Eư +(Rư +Rf).(Iư ) Trong đó: Uư – Điện áp phần ứng (V) Rư = rư + rcf + rcb + rct – Điện trở phần ứng động (Ω) Bao gồm: rư – Điện trở cuộn dây phần ứng; rcf – Điện trở cực từ phụ; rcb – Điện trở cuộn bù (nếu có); rct – Điện trở tiếp xúc chổi than cổ góp rcf Rf – Điện trở phụ mạch phần ứng (Ω) Iư – Dòng điện mạch phần ứng (A) Eư – Sức điện đồng phần ứng động (V) Được xác định theo công thức: Eư = K Ф ω pN Với: p – Số đôi cực từ N – Số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a – Số mạch nhánh đấu song song cuộn dây phần ứng Ф– Từ thơng kích từ cực từ (Wb) Phương trình đặc tính cơ: ω= Momen điện từ động tỷ lệ với từ thơng Ф dịng điện phần ứng Iư: M = KФIư 1.3.2 Phương trình đặc tính điện: Từ phương trình chính, cơng thức tính sức điện động, công thức thể mối quan hệ momen điện từ dòng điện phần ứng Iư Ta phương trình đặc tính điện: ω= Phương trình biểu thị quan hệ tốc độ ω hàm momen M gọi phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Nếu dùng đơn vị tốc độ vịng/phút phương trình đặc tính trở thành: n=ω 9,55 ( n b) Tốc độ góc định mức: = 9,55 KФ ω đm Uư − RưΣ M ( KФ )2 ) = 2π.nđm U −I KФđm = đm ω R đm đm b) Tốc độ động cơ: ω ω= 0-∆ω= Từ phương trình đặc tính động điện chiều ω= Ta thấy việc điều chỉnh tốc độ động điện chiều thực cách thay đổi đại lượng Rư ,U, Điều khiển tốc độ nội dung truyền động điện tự động nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ máy sản xuất Để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện thường vào số tiêu sau: Sai số tốc độ: Sai số tĩnh tốc độ đại lượng đặc trưng cho độ xác trì tốc độ đặt đánh giá thông qua: ❑ − ¿ ¿ S%= d ❑ d x100 Mong muốn: sai số đ = s% nhỏ tốt Tính liên tục( độ trơn dải điều chỉnh) = i + 1/ i i i +1 +1 i : hệ thống điều khiển liên tục i : hệ thống điều khiển nhảy cấp Mong muốn 1: hệ truyền động làm việc ổn định giá suốt dải điều chỉnh Dải điều khiển tốc độ Dải điều khiển tốc độ ( D) tỉ số giá trị lớn giá trị nhỏ tốc độ làm việc ứng với mômen tải cho: ❑ D= Max ❑ Min Mong muốn D lớn tốt Ngồi cịn tiêu khác như: tiêu kinh tế, kích thước I.4 Đường đặc tính đặc tính điện: Từ phương trình đặc tính cơ-điện phương trình đặc tính cơ, với giả thiết phần ứng bù đủ f = const vẽ đặc tính cơ-điện đặc tính đường thẳng a) b) hình 1.4 Đường đặc tính a) I.5 Đường đặc tính cơ-điện ĐCĐ chiều kích từ độc lập b) Đường đặc tính ĐCĐ chiều kích từ độc lập Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ: I.5.1 Điều chỉnh R phần ứng cách mắc điện trở phụ R f : - Nguyên lý điều khiển Trong phương pháp người ta giữ Uư =Uđm ; Ф=Фđmvà nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng Tốc độ động cơ: ω ω= 0-∆ω= ω ω (Rn) Rf1 Rf1 + Rf2 57 Chọn Tranristor Tr1 loại PNP mã hiệu A564 có thơng số sau Điện áp C B E hở mạch : UCB01 = -25 (V) Điện áp E B C hở mạch : UEB01 = - (V) Dòng điện lớn Colector chịu : Ic1 = 100 (mA) Hệ số khuyếch đại : b1 = 250 Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp : Tcp = 150 0C I 100 Dòng điện cực đại Bazơ : Ib1 = βc = 250 = 0, (mA) Điện trở R3 dùng để hạn chế dòng vào Bazơ Tranristor Tr1 chọn sau: Chọn R3 cho Ib2 £ 0,4 (mA) Vậy ta có Chọn R3 = 38 (KΩ) Chọn điện áp xoay chiều đồng pha : U2 = (V) Ta dùng R2 để hạn chế dịng vào khuyếch đại thuật tốn tính sau R2= Điện áp tựa cưa lớn là: −1 U = rc t nap R4 C1 ∫0 U ' dt B Ta biết UB = Vcc = 15 (V) UB = UB – ΔUD = 15 – 1,1 = 13,9 (V) Thay số vào ta Urc = 10.10 1 Chọn R1 4.2.6.Tính khâu tạo xung chùm Mạch tạo xung chùm có tần số cho R1 = f= 2tx = 58 Chu kỳ xung chùm : T = Chọn R9 = R10 = 15 (KΩ), T = 2,2R8C2 = 200 (ms) Chọn tụ C2 = (mF) – 16 (V) Vậy R8 = Chọn điện trở R8 biến trở (KΩ) để thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp mạch Tổng mạch điều khiển dùng 19 khuyếch đại thuật toán nên ta dùng IC TL084 , cổng AND dùng IC CMOS4081 , dùng Tranristor loại PNP mã hiệu A564 , 12 Tranristor loại NPN gồm Tranristor mã hiệu 2SC651 Tranristor mã hiệu 2SC1040 4.2.7.Tính chọn nguồn cấp cho mạch điều khiển biến áp đồng pha Cuộn thứ cấp pha chia làm hai phần có trung tính Nguồn ni điện áp dùng mạch điều khiển nguồn điện áp ổn định ta phải dùng IC ổn áp Để tạo nguồn cung cấp 15 (V) ta chọn IC ổn áp loại 7815 có thơng số sau : UVào = 35 (V) ; Ura = +15 (V) ; Itải = 1,5 (A) loại 7915 có thơng số sau : Uvào = 40 (V) ; Ura = -15 (V) ; Itải = 1,5 (A) Ta có sơ đồ mạch tạo nguồn ni hình vẽ sau : Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu pha dùng diot, điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi: U2 =15/2,34 = 6,4(v) ta chọn U2 =9(v) Tụ điện C4, C5 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao Hình 4.12 Sơ đồ biến áp đồng pha nguồn nuôi Chọn C4= C5 =C6 =C7 = 470 (μF) 59 P1 =6.I1max.E = 6.0,3.15 = 27 (w) -Công suất tiêu thụ mạch đồng pha: P2 = 3.Iv.U2 = 3.1.10-3.9 = 0,027 (w) -Công suất tiêu thụ cho IC TL084 là: P3 = 0,68 = 3,4 (w) Ngồi công suất tiêu thụ cổng AND điều chỉnh chiếm khoảng 5% -Do ta có cơng suất sử dụng nguồn nuôi: Pn = 1,05 (P1 + P2 + P3 ) = 1,05 ( 27 + 0,027 + 3,4 )= 32 (w) -Cơng suất máy biến áp có kể đến hệ số dự trữ máy: S = kdt.Pn = 1,1.32 = 35,2 (VA) Trong kdt =1,1 : Hệ số dự trữ máy -Dòng điện thứ cấp máy biến áp: I2 = S 35,2 U2 6.9 0,652 A -Dòng điện sơ cấp máy biến áp: I1 = 3U S 35,2 100 0,117 A -Tiết diện trụ máy biến áp tính theo cơng thức kinh nghiệm: QT =ka Trong √m f ka =6 : Hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát m = : Số trụ đặt dây quấn máy biến áp f = 50 (Hz) : Tần số điện áp lưới Hình 4.13 Kích thước mạch từ biến áp -Chuẩn tiết diện theo bảng : QT = 2,91 (cm2) , chọn thép có bề dày 0,35 (mm) Loại III có a b =20 20 60 A = 20 (mm) B = 20 (mm) H = 50 (mm) Hệ số ép chặt kc = 0,9 -Chọn mật độ từ cảm trụ: B = (T) -Số vòng dây quấn sơ cấp: W1 = -Chọn mật độ dòng điện: J1 = J2 = 2,5 (A/mm2) -Tiết diện dây quấn sơ cấp: I1 J1 S1 = √ -Đường kính dây quấn sơ cấp: d1 = Chuẩn hóa d1 = 0,25 (mm), đường kính kể cách điện dn1 = 0,275(mm) -Số vòng dây quấn thứ cấp: W2 -Tiết diện dây quấn thứ cấp: S2 = -Đường kính dây quấn thứ cấp: d2 = √ √4.0,261 0,576 mm S π π Chuẩn hóa đường kính d2 =0,59 (mm), đường kính kể cách điện dn2 = 0,64(mm) -Chọn hệ số lấp đầy: klđ = 0,7 = Với klđ π (d w +d n1 w ) n2 -Chiều rộng cửa sổ mạch từ: π C= (d n1 Chọn C = (mm), – 3,91 = 4,09 (mm) dùng cho cách điện lõi, sơ cấp, thứ cấp -Chiều rộng toàn mạch từ: L = 2C +3a = 2.8 + 3.20 = 76 (mm) -Chiều cao mạch từ: H = h + 2a = 50 + 2.20 = 90 (mm) -Tính chọn Diốt cho nguồn ni: 61 +Dịng điện hiệu dụng qua Diốt: IDhd = I √ 22 = 0,652 √2 0, 46 A +Điện áp ngược lớn mà Diốt chịu được: UNmax = 6.U2 √6.9 22 V +Chọn Diốt có dịng định mức: Iđm ki.IDhd = 10 0,46 = 4,6(A) +Chọn Diốt chịu điện áp ngược lớn là: UN = kuUNmax = 2.22 = 44 (V) +Chọn 12 Diốt loại: KYZ70 có UN = 50 (V), Imax = 20 (A) CHƯƠNG MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN 5.1 TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ MẠCH ĐỘNG LỰC Giới thiệu Các phần tử bán dẫn công suất sử dụng ngày rộng rãi, có nhiều ưu điểm như: gọn nhẹ, làm việc với độ tin cậy cao, tác động nhanh, hiệu suất cao, dễễ̃ dàng tự động hoá…… Tuy nhiên phần tử bán dẫn cơng suất khó tính tốn hay bị hư hỏng nhiều nguyên nhân khác Do cần phải bảo vệ Thyristor, cần phải tơn trọng tỉ số giới hạn sử dụng nhà chế tạo định với phần tử Điện áp ngược lớn Giá trị trung bình lớn dòng điện Nhiệt độ lớn thiết bị Tốc độ tăng trưởng lớn dòng điện Thời gian khố toff Thời gian mở ton Dịng điện kích thích Điện áp kích Các phần tử bán dẫn công suất cần bảo vệ chống nhiều cố bất ngờ xảy gây nhiễễ̃u loạn nguy hiểm như: ngắn mạch tải, điện áp dòng điện 62 5.1.1 Bảo vệ nhiệt độ cho van bán dẫn Khi van bán dẫn làm việc, có dịng điện chạy qua, van có sụt áp U, có tổn hao cơng suất p Tổn hao sinh nhiệt, đốt nóng van bán dẫn Mặc khác, van bán dẫn phép làm việc nhiệt độ cho phép (Tcp), nhiệt độ cho phép van bị phá hỏng Để van bán dẫn hoạt động an tồn, khơng bị chọc thủng nhiệt, chọn thiết kế hệ thống tỏa nhiệt hợp lý Tính tốn cánh tỏa nhiệt: Thơng số cần có: Tổn thất cơng suất Thyristor: p = Ilv = 1,8×46.618 = 84 (W) Diện tích bề mặt tỏa nhiệt: STN = Trong : p : Tổn hao cơng suất W : Độ chênh nhiệt độ so với môi trường Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 40 C Nhiệt độ làm việc cho phép Thyristor Tcp = 125 C Chọn nhiệt độ cánh tỏa nhiệt Tlv = 80 C = Tlv Tmt = 40 C Km : Hệ số tỏa nhiệt đối lưu xạ Chọn Km = 8W/m2 C Vậy STN = 0,194 m2 Chọn loại cánh tỏa nhiệt có 12 cánh ,kích thước cánh: b =10×10(cm×cm) Tổng diện tích tỏa nhiệt cánh STN = 12×2×10×10 = 2400 cm2 63 Hình 5.1 Dáng kích thước giới hạn cho cánh tỏa nhiệt van bán dẫn 5.1.2.Bảo vệ dòng điện cho van Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động cắt mạch tải ngắn mạch Thyristor, ngắn mạch đầu biến đổi, ngắn mạch thứ cấp MBA ngắn mạch chế độ nghịch lưu + Chọn aptomat có : Dịng điện làm việc chạy qua aptomat : Ilv = √3 = 39.32 A Dòng điện aptomat cần chọn: Idm= 1,1×Ilv =1,1×46.618 = 51.27 A Udm = 380V Có tiếp điểm chính, đóng cắt tay nam châm điện Chỉnh định dòng ngắn mạch : Inm = 2,5×Ilv = 98.3A Dịng q tải : Iqt =1,5×Ilv = 58.98 A Từ thơng số chọn aptomat :………… +Chọn cầu dao có : dịng định mức :Iqt =1,1Ilv = 51.27 A Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn sửa chữa hệ thống truyền động dùng để đóng cắt nguồn chỉnh lưu khoảng cách từ nguồn cấp tới chỉnh lưu đáng kể + 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 I1cc = 1.1I2 = A Chọn 1cc loại 51A Nhóm 2cc: dịng điện định mức dây chảy nhóm 2cc I2cc= 1.1Ihd = A Chọn 2cc loại 52A Nhóm 3cc: dịng điện định mức dây chảy nhóm 3cc I3cc= 1.1Id = A Chọn 3cc loại 90A Bảo vệ điện áp cho van Bảo vệ điện áp cho q trình đóng cắt Thyristor thực cách mắc R-C song song với Thyristor Khi có chuyển mạch ,các điện tích tích tụ lớp bán dẫn phóng ngồi tạo dịng điện ngược khoảng thời gian ngắn ,sự biến thiên nhanh chóng dòng điện ngược gây suất điện động cảm ứng lớn điện cảm làm cho điện áp Anot Ktot Thyristor.Khi có mạch mắc R-C song song vói Thyristor tạo mạch vịng phóng điện tích q trình chuyển mạch nên Thyristor khơng bị q điện áp Thơng thường : R1 =(5÷30) ; C1 = (0,25÷4) F 64 Theo tài liệu : R1 =5,1 ; C1 = 0,25 F Bảo vệ xung điều khiển từ lưới điện ta mắc mạch R-C nhờ có mạch lọc mà đỉnh xung gần nằm lại hoàn toàn điện trở đường dây Trị số R-C chọn : R2 =12,5 ; C2 = F Hình 5.2 Mạch R – C bảo vệ điện áp chuyển mạch Hình 5.3 Mạch R – C bảo vệ điện áp từ lưới 65 Hình 5.4 Sơ đồ ngun lí mạch động lực Qua đồ án mơn học điện tử công suất với đề tài: Thiết kế chỉnh lưu tia ba pha để điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ độc lập, giúp em hiểu rõ về: động điện 66 chiều, thyristor, chỉnh lưu hình tia ba pha, khâu điều khiển, vi mạch TCA780, mạch bảo vệ,……… cách tính tốn thơng số linh kiện mạch Sau trình học tập nghiên cứu đồ án, với hướng dẫn tận tình thầy giáo Võ Khánh Thoại giúp đỡ bạn lớp, em hoàn thành nhiệm vụ giao đồ án: Thiết kế chỉnh lưu tia ba pha để điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ độc lập Trong nội dung nghiên cứu đồ án này, em thực khâu thiết kế, tính tốn xây dựng khâu đề Trong trình thực hiện, chắc thân em khơng thể tránh khỏi thíu sót, em mong nhận đuọc ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện -Hết- 67 68 ... VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Họ tên sinh viên: Nguyễn Hoài Nam Lớp: 22 1DADTCS20 02 GVHD: Th.S Võ Khánh Thoại 1.Tên đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc độ động điện chiều. .. coi hai động Ở động điện chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ khởi động từ cấp điện từ nguồn điện tách biệt với nguồn điện cấp cho cuộn ứng Ở động điện chiều kích từ song song cuộn kích từ cuộn... ứng kích từ độc lập Khi nguồn có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi mắc kích từ song song với phần ứng, lúc động gọi động điện chiều kích từ song song Ở động kích từ song song coi kích từ độc lập
Ngày đăng: 02/12/2022, 08:35
Xem thêm:
