ĐỀ tài thiết kế bộ chỉnh lưu ba pha hình tia động cơ điện một chiều có đảo chiều

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI: TÊN ĐỀ TÀI : “Thiết Kế Bộ Chỉnh Lưu Ba Pha Hình Tia Động Cơ Điện Một Chiều Có Đảo Chiều” Người hướng dẫn :TS NGUYỄN QUỐC ĐỊNH Sinh viên thực :TRẦN VĂN KHÁ Số thẻ sinh viên :10517010 Nhóm HP / Lớp :17Nh29A/ 17D2 Ngành :Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá GVHD: TS Nguyễn Quốc Định Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH ẢNH DANH SÁCH CÁC BẢNG .4 CHƯƠNG 1: Tổng Quan Về Động Cơ Một Chiều 1.1 1.1.1 Mục cấp Error! Bookmark not defined 1.1.2 Mục cấp Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2: ĐỀ MỤC CHƯƠNG HAI Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN CHUNG .1 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá GVHD: TS Nguyễn Quốc Định CHƯƠNG 1: Tổng Quan Về Động Cơ Một Chiều Và Các Phương Pháp Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Một Chiều Và Lựa Chọn Phương Án Thiết Kế 1.1 Tổng Quan Về Động Cơ Một Chiều 1.1.1 Phân loại Động điện chiều chia thành nhiều loại theo bố trí cuộn kích từ: + Động chiều kích từ độc lập + Động chiều kích từ song song + Động chiều kích từ nối tiếp + Động chiều kích từ hỗn hợp 1.1.2 Ưu nhược điểm động chiều - Ưu điểm: + Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ + Có nhiều phương pháp hãm tốc độ Nhược điểm: + Tốn nhiều kim loại màu, việc chế tạo bảo quản khó khăn + Giá thành đắt loại máy điện khác 1.1.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động: Hình 1 Sơ đồ nguyên lý động điện chiều kích từ độc lập 1.2 Đặc Tính Cơ Của Máy Điện Một Chiều: Quan hệ tốc độ mômen động gọi đặc tính động cơ: Quan hệ tốc độ moomen máy sản xuất gọi đặc tính máy sản xuất: Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định Ngồi đặc tính cơ, động điện chiều người ta cịn sử dụng đắc tính điện, đặc tính điện biểu diễn quan hệ tốc độ dòng điện mạch động cơ: 1.2.1 Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ ngun lý hình (1.1) ta viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng sau: Trong đó:- điện áp phần ứng (V) - sức điện động phần ứng (V) - điện trở mạch phần ứng - điện trở phụ mạch phần ứng - dịng điện phần ứng đơng Trong đó: - điện trở dây quấn phần ứng - điện trở tiếp xúc chỗi than phiến góp - điện trở cuộn bù - điện trở cuộn phụ Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay Roto: hệ số kết cấu động - từ thông qua cực từ p - số dơi cực từ N - số dẫn tác dụng cuộn ứng a - số mạch nhánh song song cuộn ứng Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vịng/phút) thì: Với Vì vậy: Từ biểu thức ta rút phương trình đặc tính điện động cơ: Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định Mặt khác, nhờ lực từ trường tác dụng vào dây dẫn phần ứng có dịng điện, roto quay tác dụng mômen quay: suy ra: Thay biểu thức phương trình đặc tính động ta biểu thức: phường trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Cũng biểu diễn phương trình đắc tính dạng sau: Trong đó: gọi tốc độ không tải lý tưởng gọi độ sụt tốc độ Giả sử phản ứng phần ứng bù đủ, từ thơng , phương trình đặc tính có dạng hàm bậc Y=B+A.x, nên đường đặc tính hệ tọa độ MO đường tuyến tính bậc với độ dốc âm Đường đặc tính cắt trục tung O điểm có tung độ Hình 1.2: Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập 1.2.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ: Từ phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập ta thấy đường đặc tính phụ thuộc vào thơng số điện U, , nên có ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động 1.2.2.1 Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng: Vì giá trị điện áp khơng thể vượt giá trị định mức nên ta thay đổi giảm điện áp Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định biến đổi; ; Suy ra: Tốc độ động thay đổi tỉ lệ thuận với điện áp phần ứng: Hình 1.3: Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập giảm điện áp 1.2.2.2 Phương pháp thay đổi điện trở mạch phần ứng: Vì tổng trở mạch phần ứng ∑ nên ta thay đổi phía tăng biến đổi; ; ; Suy ra: Tốc độ thay đổi tỷ lệ nghịch với điện trở phụ mạch phần ứng: Hình 1.4: Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập tăng điện trở phụ Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định 1.2.2.3 Phương pháp thay đổi từ thơng kích từ: Để thay đổi từ thơng ta thay đổi dịng kích từ nhờ biến trở , tăng nên dịng kích từ giảm, dẫn đến từ thơng giảm so với từ thông định mức ; ; biến đổi; Suy ra: Hình 1.5: Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập thay đổi từ thơng Vậy để điều chỉnh tốc độ động ta có ba phương pháp đề tài thiết kế mạch chỉnh lưu hình tia ba pha cấp cho động chiều, không đảo chiều em chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện áp phần ứng Bởi vì: mà nên ta điều chỉnh góc điều khiển để đưa xung kích vào làm thay đổi điện áp dẫn đến làm thay đổi điện áp phần ứng , với điện trở phụ từ thơng kích từ khơng đổi làm thay đổi tốc độ động Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định CHƯƠNG 2: Tổng Quan Về Bộ Chỉnh Lưu Tiristor Ba Pha Hình Tia Thiết Kế Sơ Đồ Nguyên Lý Hệ Thống Chỉnh Lưu - Động Cơ Điện Một Chiều (Hệ T-Đ) Không Đảo Chiều 2.1 Tổng Quan Về Tiristor: 2.1.1 Giới thiệu điôt: Điôt linh kiện bán dẫn gồm lớp bán dẫn loại P N ghép lại với Đầu nối với bán dẫn loại P gọi Anot (A), đầu nối với bán dẫn loại N gọi Katot (K) Hình 2.1: Cấu tạo ký hiệu Điôt 2.1.2 Cấu tạo Tiristor: Tiristor linh kiện bán dẫn gồm lớp bán dẫn loại P N ghép xen kẽ tạo nên cực Anot, Katot cực điều khiển G Hình 2.2: Cấu tạo ký hiệu Tiristor 2.1.3 Nguyên lý hoạt động: Khi đặt Tiristor điện áp chiều, Anot vào cực dương Katot vào cực âm nguồn điện áp, phân cực thuận, bị phân cực ngược Gần toàn điện áp nguồn đặt lên mặt ghép , điện trường nội có chiều hường từ Điện trường tác động chiều với , vùng chuyển tiếp vùng cách điện mở rộng ra, khơng có dịng điện chảy qua Tiristor đặt điện áp thuận 2.1.4 Điều kiện mở Tiristor: Nếu cho xung điện áp dương tác động vào cực G (dương so với K), điện tử từ chạy sang Đến số chúng chảy vào nguồn hình thành dịng điều khiển chảy theo mạch G K-G, phần lớn điện tử, chịu sức hút điện trường Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá GVHD: TS Nguyễn Quốc Định tổng hợp mặt ghép , lao vào vùng chuyển tiếp này, chúng tăng tốc độ, động lớn lên, bẻ gãy liên kết nguyên tử silic, tạo nên điện tử tự Số điện tử giải phóng lại tham gia bắn phá nguyên tử Si vùng chuyển tiếp Kết phản ứng dây chuyền làm xuất ngày nhiều điện tử chảy vào , qua đến cực dương nguồn điện ngoài, gây nên tượng dẫn điện ạt trở thành mặt ghép dẫn điện, điểm xung quanh cực G phát triển toàn mặt ghép với tốc độ khoảng 1cm/100 µ s Điện trở thuận Tiristor, khoảng 100kΩ trạng thái khóa, trở thành khoảng 0,01Ω Tiristor dẫn cho dòng chảy qua Có thể hình dung sau: Khi đặt Tiristor điện áp > 0, Tiristor trạng thái sẵn sàng mở cho dịng chảy qua, cịn đợi lệnh - tín hiệu cực điều khiển Cơng thức: Tiristor khóa + Tiristor mở Trong giá trị dòng điện điều khiển ghi sổ tay tra cứu Tiristor Thời gian mở thời gian cần thiết để thiết lập dịng điện chảy Tiristor, tính từ thời điểm phóng dịng vào cực điều khiển Thời gian mở Tiristor kéo dài khoảng 10µs 2.1.5 Điều kiện khóa Tiristor: Một Tiristor mở diện tín hiệu điều khiển khơng cịn cần thiết Để khóa Tiristor có hai cách: - Giảm dòng điện làm việc I xuống giá trị dịng trì (Holding current) - Đặt điện áp ngược lên Tiristor (biện pháp thường dùng) Khi đặt điện áp ngược lên Tiristor < 0, hai mặt ghép bị phân cực ngược, phân cực thuận Những điện tử, trước thời điểm đảo cực tính , có mặt , , đảo chiều hành trình, tạo nên dịng điện ngược chảy từ katơt anơt, cực âm nguồn điện áp ngồi Lúc đầu q trình, từ đến , dịng điện ngược lớn, sau trở nên cách điện Cịn lại điện tử bị giữ lại hai mặt ghép , tượng khuếch tán làm chúng dần hết khơi phục lại tính chẩt mặt ghép điều khiển Thời gian khóa tính từ bắt đầu xuất dịng điện ngược dòng điện ngược () Đấy khoảng thời gian mà sau đặt điện áp thuận lên Tiristor, Tiristor không mở, kéo dài khoảng vài chục µs Trong trường hợp Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định 78/Kiểm tra máy biên áp có đủ điều kiện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên dòng điện chuyển mạch: Giả sử chuyển mạch từ sang , ta có phương trình: Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt 79/Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu: 3.3 Thiết Kế Cuộn Kháng Lọc: 3.3.1 Xác định góc mở cực tiểu cực đại: Chọn góc mở cực tiểu Với góc mở dự trữ, ta bù giảm điện áp lưới +Khi góc mở nhỏ , điện áp tải lớn tương ứng với tốc độ động lớn +Khi góc mở lớn , điện áp tải nhỏ Suy ra: 3.3.2 Xác định thành phần sóng hài: 3.3.3 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc: Điện kháng lọc cịn tính góc mở Ta có: Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định Cân vế: Vì Nên Trong thành phần xoay chiều bậc cao, thành phần sóng bậc k=1 có mức độ lớn nhất, gần ta có: Nên Vậy Suy ra: số xung đập mạch chu kỳ điện áp lưới Thay số: Điện cảm mạch phần ứng có: Trong đó: điện cảm mạch phần ứng hệ số lấy cho động có cuộn bù Điện cảm cuộn kháng lọc: 3.3.4 Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc: 1/Do điện cảm cuộn kháng lớn điện trở bé, ta coi tổng trở cuộn kháng xấp xỉ điện kháng cuộn kháng: 2/Điện áp xoay chiều rơi cuộn kháng lọc: 3/Công suất cuộn kháng lọc: 4/Tiết diện cực từ cuộn kháng lọc: Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định Chuẩn hóa tiết diện trụ theo kích thước có sẵn Chọn 5/Với tiết diện trụ Chọn loại thép 330A, thép dày 0,35 (mm), a=20 mm ,b=25 mm 6/Chọn mật độ từ cảm trụ 7/Khi có thành phân điện xoay chiều chạy qua cuộn kháng cuộn kháng xuất sức điện động : Gần ta viết : (V) Lấy W= 8/Dòng điện chạy qua cuộn kháng: Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng: 9/Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng: 10/Tiết diện dây quấn cuộn kháng: Chọn dây tiết diện hình chữ nhật, cách điện cấp B Chọn Theo phụ lục 9, chọn kích thước dây: Tính lại mât độ dịng điện: 11/Chọn hệ số lấp đầy: 12/Diện tích cửa sổ: 13/Tính kích thước mạch từ: Chọn , suy h=3.a=3 Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định 14/Chiều cao mạch từ: 15/Chiều dài mạch từ: 16/Chọn khoảng cách từ từ gơng tới cuộn dây: 17/Tính số vịng dây lớp: 18/Tính số lớp dây quấn: Mỗi lớp có vịng 19/Chọn khoảng cách điện dây quấn với trụ: Cách điện lớp 20/Bề dày cuộn dây: 21/Tổng bề dày cuộn dây: 22/Chiều dài vịng dây cùng: 23/Chiều dài vịng dây ngồi cùng: Chiều dài trung bình vịng dây: 24/Điện trở dây quấn : Ta thấy điện trở bé nên giả thiết ban đầu bỏ qua điện trở 25/Thể tích sắt: 26/Khối lượng sắt: 27/Khối lượng đồng: Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định CHƯƠNG 4: Tính Chọn Các Phần Tử Mạch Điều Khiển, Mạch Bảo Vệ 4.1 Tính Tốn Các Thông Số Của Mạch Điều Khiển: Mạch điều khiển yêu cầu xung mở Tiristor với thông số sau: + Điện áp điều khiển Tiristor : + Dòng điện điều khiển Tiristor : + Thời gian mở Tiristor : + Độ rộng xung điều khiển : , tương ứng với điện + Tần số xung điều khiển : + Độ đối xứng cho phép : + Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: + Mức sụt biên độ xung : 1/ Tính biến áp xung: Chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM Lõi có dạng hình xuyến, làm việc phần đặc tính từ hóa có: ,khơng có khe hở khơng khí + Tỷ số biến áp xung: Thường chọn m=3 + Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung: + Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp máy biến áp xung: + Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung: + Dòng điện sơ cấp biến áp xung: + Đơ từ thẩm trung bình tương đối lõi sắt: Trong độ từ thẩm khơng khí + Thể tích lõi thép cần có: Chọn mạch từ tích V=1,4 Với thể tích ta có kích thước mạch từ a=4,5 mm; b=6 mm; Q=27 ; d=12 mm; D=21 mm Chiều dài mạch từ l=5,2 cm + Số vòng dây sơ cấp máy biến áp xung: + Số vòng dây thứ cấp máy biến áp xung: + Tiết diện dây quấn sơ cấp: Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định Chọn mật độ dòng điện + Đường kính dây quấn sơ cấp: + Tiết diện dây quán thứ cấp: Chọn mật độ dòng điện + Đường kính dây quấn thứ cấp: Chọn + Hệ số lấp đầy: Như cửa sổ đủ diện tích cần thiết 2/ Tính tầng khuếch đại cuối cùng: Chọn Tranzito công suất Tr3 loại 2SC9111 làm việc chế độ xung có thơng số sau: Tranzito loại NPN, vật liệu bán dẫn Si Điện áp Colecto Bazo hở mạch Emito: Điện áp Emito Bazo hở mạch Colecto: Dòng điện lớn Colecto chịu đựng: Cơng suất tiêu tán Colecto: Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: Hệ số khuếch đại: Dòng làm việc Colecto: Dòng làm việc Bazo: Ta thấy Tiristor có cơng suất điều khiển bé: , nên dòng Colecto-bazo Tranzito Tr3 bé nên khơng cần Tranzito Tr2 mà có đủ cơng suất điều khiển Tranzito Chọn nguồn cấp cho máy biến áp xung: E=+12 V Với nguồn E=12 V ta phải mắc them điện trở nối tiếp với cực Emito TR3, R1 Tất Diode mạch điều khiển dùng loại 1N4009, có tham số: +Dòng điện định mức: +Điện áp ngược lớn nhất: Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định +Điện áp Điode mở thông: 3/ Chọn cổng AND: Toàn mạch điều khiển phải dùng cổng AND nên ta chọn IC 4081 họ CMOS Mỗi IC 4081 có bốn cổng AND Nguồn nuôi IC : Nhiệt độ làm việc: Điện áp ứng với mức logic là: Dịng điện: