thiết kế bộ khởi động mềm cho động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ

Đề bài ĐỀ 6: Thiết kế bộ khởi động mềm cho động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ. Yêu cầu : Thiết kế mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều . Điện áp 380V;công suất 50KW +, Giới thiệu công nghệ +, Tính mạch công suất +, Thiết kế mạch điều khiển. Sinh viên thực hiện : Nguyển Tiến Dũng BÀI LÀM Công nghệ điều khiển Trong các loại động cơ phục vụ cho các ngành công nghiệp hiện nay thì động cơ không đồng bộ là động cơ là động cơ được sử dụng rộng rãi nhất.Với công suất từ vài KW đến hàng nghìn KW:ví dụ Trong công nghiệp cán thép dùng làm máy cán thép loại vừa và nhỏ,động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ… +, Trong hầm mỏ dùng làm máy tời,các quạt gió +,Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm,máy gia công sản xuất +, Trong đời sống hàng ngày,động cơ điện không đồng bộ cũng chiếm những vị trí quan trọng,nổi bật hơn so với động cơ 1 chiều như: quạt gió,động cơ trong tủ lạnh… bởi vì nó có những nổi bật hơn hẳn so với các loại động cơ đồng bộ,1 chiều,đó là: Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, làm việc chắc chắn ,vận hành tin cậy chi phí vận hành và bảo trì sửa chữa thấp, hiệu suất cao, giá thành hạ. Động cơ không đồng bộ sử dụng trực tiếp nguồn điện 3 pha từ lưới điện nên không tốn thêm các chi phí phụ cho các thiết bị biến đổi. Tuy nhiên động cơ này cũng có những nhược điểm riêng đó là dòng khởi động của động cơ khi khởi động thường lớn ( từ 4 đên 7 lần dòng định mức). Dòng điện quá lớn không những làm động cơ quá nóng mà còn gây sụt áp cho lưới điện có công suất nhỏ,giảm tuổi thọ của các cuộn dây. Do đó vấn đề đặt ra là phải giảm được dòng điện khởi động của động cơ không đồng bộ đặc biệt là với động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc( vì không thể nối thêm điện trở phụ vào mạch cuộn Roto). Tuy nhiên hiện nay áp dụng những ứng dụng của điện tử công suất lớn thì công việc đó trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Chương I: Các phương pháp mở máy I, Mở máy động cơ không đồng bộ : Khi bắt đầu mở máy thì Rôto đang đứng yên,hệ số trượt s=1 nên trị số dòng điện mở máy tính theo mạch điện thay thế như sau: I1 Io I2 R1 X1 R2 X2 R2(1-S) RFe Xu U1 S Lúc đó I kđ = ng X s R R U 2 2 2 ' 1 1 +           + = I 2ng = ( ) 2 2 ' 21 1 ng XRR U ++ Từ công thức trên ta thấy dòng điện phụ thuộc rất nhiều vào điện áp lưới. Trên thực tế , do mạch từ bão hòa rất nhanh ,điện kháng giảm xuống nên dòng điện mở máy rất lớn,tương đương như trường hợp ngắn mạch vậy,do đó dòng sẽ bằng 4 đến 7 lần dòng định mức.Điều đó không những ảnh hưởng đến các cuộn dây,gây nóng ,hỏng động cơ mà còn gây sụt áp cho lưới điện.Do đó nhất thiết ta phải giảm dòng khi khởi động. II, Các phương pháp mở máy : Các yêu cầu mở máy cơ bản: - Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với các đặc tính của tải - Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt. - Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản,giá thành hợp lí,chắc chắn . - Tổn hao công suất trong quá trình mở máy là càng nhỏ càng tốt. 1, Mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc : Đây là phương pháp đơn giản nhất,ta đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới điện xoay chiều.Khi đó điện áp U 1 đặt vào Stato bằng điện áp lưới (như hình vẽ ). Do đó dòng điện mở máy lớn, nếu quán tính của tải lớn,thời gian mở máy dài thì sẽ có thể làm cho máy nóng và ảnh hưởng đến điện áp lưới. 2. Hạ điện áp mở máy : Từ công thức của dòng điện mở máy ta thấy, nếu giảm điện áp đặt vào Stato khi mở máy thì sẽ giảm được dòng điện mở máy. Nhưng hạ điện áp mở máy thì cũng sẽ làm cho mômen giảm xuống, mà mômen thì được tính theo công thức: M k =         +         + 2 2 ' 2 11 ' 2 2 11 ng X s R Rs RUm ω Do đó ta chỉ dùng phương pháp khởi động trực tiếp này cho những thiết bị có công suất lớn. Nhận xét: 2 yêu cầu giảm dòng điện và tăng mômen là mâu thuẫn với nhau. Do đó để thỏa mãn cả hai yêu cầu trên thì tùy thuộc vào tính chất tải có thể là quạt gió, động cơ bơm, máy nâng hạ hàng,… mà ta có sự lựa chọn thích hợp để ưu tiên dòng điện hay mômen. 2.1. Các phương pháp giảm hạ điện áp: - Nối vào mạch Stato một cuộn kháng Z k (thường dùng cho động cơ rôto lồng sóc, đôi khi dùng cả rôto dây quấn).Sau khi mở máy xong thì cuộn kháng được nối ngắn mạch. Ở phương pháp này điện áp giảm k lần thì I kđ giảm k lần và M kđ giảm k 2 lần. - Dùng biến áp tự ngẫu 3 pha (cũng thường dùng cho rôto lồng sóc), bên cao áp nối với lưới điện, bên thấp áp nối với động cơ.Sau khi mở máy xong thì biến áp tự ngẫu được loại ra khỏi mạch điện. Khi giảm điện áp Stato M kđ giảm đi k 2 lần, còn dòng I kđ sẽ giảm k 2 lần, với k là hệ số máy biến áp. Phương pháp này cồng kềnh, tốn kém nên ít sử dụng. - Mở máy bằng phương pháp đổi nối Y- ∇ : phương pháp này thích ứng với những máy khi làm việc bình thường thì đấu tam giác, khi mở máy thì đấu hình sao.Phương pháp này cần những cơ cấu chuyển đổi đấu nối, thông số về cuộn dây, số cặp cực nên phức tạp, có thể phát sinh tia lửa điện trong quá trình đảo đấu nối. So với khởi động trực tiếp thì khi khởi động đổi nối thì dòng điện và mômen khởi động cũng giảm đi 3 lần. - Khởi động bằng cách giảm dần điện trở phụ mắc nối tiếp vào mạch Rôto khi khởi động (chỉ dùng cho rôto dây quấn ) Ưu điểm là vừa giảm được dòng khởi động, vừa tăng được mômen khởi động.Phương pháp này cũng khá phổ biến nhưng tổn thất sẽ rất lớn, và hay xảy ra tia lửa điện với những động cơ công suất lớn. - Khởi động bằng cách dùng các động cơ đặc biệt như: Rôto rãnh sâu, Rôto rãnh kép. - Dùng các bộ khởi động bán dẫn công suất (khởi động mềm) cụ thể ở đây là dùng biến tần và Thyristor,transistor công suất *) Phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp trên: 5 phương pháp trên có thể hạ điện áp trong quá trình khởi động, tuy nhiên hoặc là ta phải có thêm các cơ cấu để cắt chúng ra khỏi mạch điện, hoặc là vẫn dùng nhưng không có mấy tác dụng.Và phần lớn các phương pháp đều gây tổn hao lớn, và điều khiển thiếu linh hoạt, thụ động hiệu quả không cao khi muốn có thêm các thay đổi trong việc điều chỉnh. Và với phương pháp 5 thì lại phải thay đổi cả cơ cấu trong động cơ nên phức tạp và khó thực hiện. Phương pháp dùng biến tần là phương pháp tốt nhưng chi phí lớn vận hành phức tạp. Trong 5 phương pháp trên thì phương pháp 5 là ta có thể sử dụng hiệu quả nhất. Ưu điểm của phương pháp này là khi điều chỉnh góc mở α cho Thyristor thích hợp thì có thể hạ được điện áp đặt vào Stato khi khởi động và vẫn còn tiếp tục sử dụng trong quá trình hoạt động của động cơ. Và phương pháp này có chi phí hợp lí, dễ thiết kế, vận hành đơn giản hơn. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là dòng điện và điện áp đều không sin. Nhưng do thời gian mở máy nhỏ ( từ 1-3s cho động cở nhỏ và trung bình, 3-5s cho động cơ công suất lớn) Vì vậy ta quyết định dùng phương án dùng bộ điều áp xoay chiều 3 pha để làm bộ khởi động cho động cơ Rôto lồng sóc. 2.2. Phương pháp dùng bộ điều áp xoay chiều 3 pha: Để thực hiện phương pháp này ta sử dụng 6 Thyristor đấu song song ngược theo hình vẽ. T1 T3 T5 T4T6 T4 2.2.1. Phân tích nguyên lí hoạt động của bộ điều áp: - Vì động cơ không đồng bộ có thể coi như là một phụ tải gồm có điện trở và cuộn cảm nối tiếp với nhau, trong đó: + Điện rôto không đổi. + Điện kháng phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa dây quấn rôto và stato. + Góc pha giữa dòng điện và điện áp cũng biến thiên theo tốc độ quay ϕ = ϕ (s). - Do tính chất tự nhiên của mạch điện có điện cảm nên nếu trong khoảng thời gian θ < ϕ mà đặt xung điều khiển vào các Thyristor thì các thyristor chỉ dẫn dòng ở thời điểm θ = ϕ trở đi, thì ta không điều chỉnh được điện áp vì điện áp sẽ không phụ thuộc vào góc mở α . Vì vậy ta chỉ điều chỉnh được điện áp nếu góc mở α > ϕ . - Khi α > ϕ thì tùy thuộc vào giá trị tức thời của các điện áp dây mà sẽ có lúc 3 van trên 3 pha khác nhau dẫn dòng, hoặc 2 van trên 2 pha khác nhau dẫn dòng: + Nếu có 3 van ở ba góc khác nhau dẫn dòng : a b c a' Za b' Zb Zc c' i = Z U đm 3 sin( ϕθ + ) U đm : biên độ điện áp dây ϕ : góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện ở giai đoạn đang xét. + Nếu chỉ có hai pha có van dẫn: c' Zc Zb b' Za a' c b a Khi đó dòng tải : i = Z U đm 2 sin( ϕθ + ) Tùy thuộc vào góc điều khiển mà các giai đoạn có 3 van dẫn hoặc 2 van dẫn xen kẽ như đồ thị sau: Trường hợp α = 60 0 thì có những đoạn có 2 hoặc 3 van cùng dẫn xen kẽ nhau trên đồ thị dưới đây: Trường hợp α = 60-90 0 thì chỉ có giai đoạn 2 van dẫn mà thôi: [...]... Dz vi U= 12V, khi ú Ucmax =30 +12+1= 43( V) Chn transistor T loi ST6 03 cú cỏc thụng s c bn sau: UCE = 30 V ; ICE = 800mV = 100 3. Khi to ngun 1 chiu: Khi to ngun 1 chiu cung cp in ỏp mt chiu cho cỏc khuch i thut toỏn hot ng v cho cỏc in ỏp t u u vo cỏc IC thc hin nhim v so sỏnh in ỏp.Ta cú s sau: +E 7815 D21 D22 D 23 D24 C3 C21 C2 C4 7915 *Chn IC n ỏp loi: UA7815 cú in ỏp ngng =35 V Dũng in ra I0 =1,5A in... ng b cho b iu ỏp xoay chiu ba pha iu chnh sỏu Thyritor thng cn mt h in ỏp sỏu pha lm in ỏp ng b Gúc c tớnh t gc ta O H in ỏp pha ny gm sỏu in ỏp ng b hỡnh sin lch nhau 1 gúc Yờu cu ny s tha món d dng nu dựng mt mỏy 3 bin ỏp ba pha s cp cú 3 cun dõy u sao ly in ỏp li Mỏy bin ỏp ny cú th c b trớ bng s sau: Ua A Ua B Ub Ub C Uc U Uc im trung tớnh kớ hiu l O ni vi im O ca mch iu khin u z1, uz3, uz5...P1 P2 50.10 3 I = 3U cos = 3U cos = = 99 ,3( A) 0,9 3. 380.0,85 dm dm Imax=I 2 =99 ,3 2 = 140,4 (A) Itbmax = 1 140,4.0,85 =38 (A) Khi chn van ta phi chỳ ý ti cỏc iu kin lm mỏt cho van vỡ khi hot ng nhit trờn van khỏ cao do ta nhit nờn vic lm mỏt s nh hng khỏ ln ti hiu qu lm vic v tui th ca van... 6 IC U U t , do ú C = C = 3 = 6.1 03 10 C C t T ú dũng qua t cú giỏ tr : IC =6.1 03 (C) Chn t : cú C = 0,22 à F IC = 0,22.10-6 6.1 03 = 1 ,32 (mA) U II 12 R5 = I = 1 ,32 .10 3 = 9,05.1 03 ( ) C Chn R5 = 8,2 (K ) Khi UII > 0 Ds khúa Ura = 0 t C s phúng in v õm ngun ca OP2 Dũng qua t bng dũng qua in tr R x2 v R4, thi gian phúng cũn li s l 9ms nờn ta phi chn giỏ tr dũng in sao cho t C phúng in v n 0V sau... ln (3, 3)(5 1,8) = RC.1, 238 = 10000(Hz) (1,8)(5 3, 3) 1 T ú R.C = 10000.1, 238 = 8,08.10-5 Chn R = 100 v C = 0,808 à F  Trong s ta chp hai u Control v u cũn li nh hỡnh v to mch dao ng mch ny dao ng c thỡ ta phi cp ngun cho mch vo chõn VDD , VSS v nh vy vi cỏc thụng s thớch hp ta s cú mch dao ng to xung cú tn s 10KHz Vout R C S mch iu khin ton h thng: Phõn tớch hot ng ca s h thng iu khin cho. .. CD40 93 ca hóng FAIRCHILD to ra c xung chựm cú tn s khong 10KHz Tn s xung ra cú th c iu chnh nh thay i giỏ tr ca R,C b, S ni ca CD40 93: VDD 12 13 14 10 11 M=G.H 2 8 L=EF J=A.B 1 9 K=CD 3 4 5 6 7 VSS Vi mch ny bao gm 4 Triger Schmit Ta dựng nú to xung hỡnh ch nht cú tn s 10KHz Mch to xung ú nh sau: Control Vout R C Tn s xung s c quyt nh bi tớch R,C Tra bng thụng s ca CD40 93 ta cú VDD = 5V, VT+ = 3, 3V,... 10,67.10 -3 C 6.C 0,22.10 6.6 IC = 10,67.10 3 = = 0,214.10 -3 (A) 10,67.10 3 U II U II 12 Vỡ : IC = R + R Rx2 + R4 = R + R = 0,124.10 3 = 96,77 (k ) x2 x2 4 iu chnh c in ỏp t C ỳng bng 0V sau 10,67ms v cú kh nng iu chnh in ỏp rng ca nhiu kờnh khỏc nhau ta chn: R4 =60k l in tr c nh, Rx2 = 60k l bin tr iu chnh Chn linh kin: OP2 : à A741 cú cỏc thụng s: Ung = + 3- 22 V ; UnF = + 15V; UdF = + 30 V; K0... = f dt L m bo an ton cho van ta phi chn tc bin thiờn ca dũng in nh hn tc tng dũng chu c ca van, ta s phi chn L sao cho max phi nh hn tc tng dũng chu c ca van, hay: di max < 1000A/ às dt di dt Uf L> Uf 1000.10 6 = < 1000A/ às L 220 2 = 0 ,31 10 6 = 0 ,31 ( àH ) 1000.10 6 Ta chn cun khỏng bóo hũa cú giỏ tr sao cho tng ca in cm ca ng c v cun khỏng mc ni tip phi cú giỏ tr > 0 ,31 àH Sau khi tớnh toỏn... trớ bng s sau: Ua A Ua B Ub Ub C Uc U Uc im trung tớnh kớ hiu l O ni vi im O ca mch iu khin u z1, uz3, uz5 dựng lm in ỏp ng ca pha a, b, c tng ng: 3 3 uz1 = Um.sin( + ); uz3 = Um.sin( - ); uz5= Um.sin( - ); uz2 = Um.sin ; uz4 = Um.sin( 2 4 );uz6 = Um.sin( ); 3 3 2.Khõu bin ỏp xung v khuch i xung: a, Tỏc dng: Khõu khuch i l khõu cui cựng quan trng trong h thng iu khin Khõu KX cú nhim v l... ta cú th chn loi BAX l loi IT 235 vi 2 cun dõy, cú t s mỏy bin ỏp 1:1, in cm Lp = 3mH Dũng s cp BAX : I 1 = IG + I à Trong ú I à l dũng t húa ca BAX Vỡ in ỏp t lờn cun dõy BAX khụng i nờn dũng t húa thay i theo t l bc nht vi thi gian Ià = Nh vy I à max = U 1 t Lp U 1 t x Lp Ta phi cú U1 = UGK + UD = 5+1=6V Vy I à max =(6.100.10-6)/ (3. 10 -3) = 200.10 -3 = 0,2(A) ILmax = (30 -6)/0,4 = 60 ( ) Theo s tớnh . Đề bài ĐỀ 6: Thiết kế bộ khởi động mềm cho động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ. Yêu cầu : Thiết kế mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều . Điện áp 38 0V;công suất 50KW +, Giới thiệu. động cơ công suất lớn) Vì vậy ta quyết định dùng phương án dùng bộ điều áp xoay chiều 3 pha để làm bộ khởi động cho động cơ Rôto lồng sóc. 2.2. Phương pháp dùng bộ điều áp xoay chiều 3 pha: . dây. Do đó vấn đề đặt ra là phải giảm được dòng điện khởi động của động cơ không đồng bộ đặc biệt là với động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc( vì không thể nối thêm điện trở phụ vào mạch cuộn Roto).