Thiết kế bộ băm xung áp một chiều nối tiếp, cấp cho phần ứng của động cơ một chiều kích từ độc lập Nguồn một chiều cấp cho băm xung E = 310V (hoặc tùy chọn). Thông số động cơ: Thông số động cơ như sau: Pđm = 3,1kW; Uđm = 280V; nđm = 930vph; Lư = 27,3mH; Rư = 2,82Ω; Iư.max = 40A. Dải điều chỉnh tốc độ (yêu cầu riêng); Tải mô men có tính chất thế năng MC = Mđm. Sử dụng van MOSFET.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA ĐỒ ÁN MƠN HỌC ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT TÊN ĐỀ TÀI : Thiết kế băm xung áp chiều nối tiếp, cấp cho phần ứng động chiều kích từ độc lập Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Điệp Sinh viên thực hiện: Mã sinh viên: Lớp: Hà Nội, tháng Năm 2021 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Mã số sinh viên: Lớp: Chuyên ngành: Tự động hóa điều khiển thiết bị công nghiệp Tên đề tài đồ án: Thiết kế băm xung áp chiều nối tiếp, cấp cho phần ứng động chiều kích từ độc lập Các số liệu liệu ban đầu: Nguồn chiều cấp cho băm xung E = 310V (hoặc tùy chọn) Thông số động cơ: Thông số động sau: Pđm = 3,1kW; Uđm = 280V; nđm = 930v/ph; Lư = 27,3mH; Rư = 2,82Ω; Iư.max = 40A Dải điều chỉnh tốc độ (yêu cầu riêng); Tải mơ men có tính chất MC = Mđm Sử dụng van MOSFET Ngày giao nhiệm vụ đồ án: …………… Ngày hoàn thành đồ án: ………………… Hà Nội, ngày tháng năm 2022 LỜI NÓI ĐẦU Ngày với việc phát triển mạnh mẽ ứng dụng khoa học kĩ thuật công nghiệp, đặc biệt công nghiệp điện - điện tử thiết bị điện tử có cơng suất lớn chế tạo ngày nhiều Và đặc biệt ứng dụng vào ngành kinh tế quốc dân đời sống hàng ngày phát triển mạnh mẽ Tuy nhiên để đáp ứng nhu cầu ngày nhiều phức tạp cơng nghiệp điện tử cơng suất ln phải nghiên cứu để tìm giải pháp tối ưu Đặc biệt với chủ trương công nghiệp hóa – đại hóa Nhà nước, nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đưa công nghệ tự động điều khiển vào sản xuất Do địi hỏi phải có thiết bị phương pháp an tồn xác Đó nhiệm vụ điện tử công suất cần phải giải Để hiểu rõ vai trò thiết bi băm xung áp xoay chiều, qua đồ án môn học này, em phân công làm đề tài: Thiết kế băm xung áp chiều nối tiếp cấp điện cho phần ứng động chiều kích từ độc lập Qua cho em gửi lời cảm ơn tới Nguyễn tận tình dẫn, giúp em hồn thành tốt đồ án mơn học Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu chung động chiều kích từ độc lập .8 1.1.1 Cấu tạo động điện chiều kích từ độc lập 1.1.2 Nguyên lý làm việc động chiều kích từ độc lập 11 1.1.3 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập .12 1.1.4 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều 15 1.2 Giới thiệu chung băm xung áp chiều .22 1.2.1 Nguyên lý chung băm xung chiều 23 1.2.2 Van MOSFET 25 1.2.3 Phân tích sơ đồ băm xung chiều cấp tải phần ứng động chiều (R, L, E) 33 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 36 2.1 Tính toán thiết kế mạch lực 36 2.2 Tính tốn lựa chọn phần tử mạch 37 2.2.1 Tính tốn lựa chọn điện cảm 38 2.2.2 Tính toán lựa chọn van 39 2.3 Tính tốn mạch bảo vệ van R-C 41 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 42 3.1 Xây dựng mạch điều khiển theo phương pháp PWM 42 3.2 Thiết kế mạch điều khiển .43 3.2.1 Phát xung chủ đạo tạo điện áp cưa 43 3.2.2 Khâu so sánh 46 3.2.3 Khâu khuếch đại cách ly quang 48 3.2.4 Khâu tạo điện áp điều khiển 49 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG .51 4.1 Sơ đồ mô 51 4.2 Kết mô 51 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu túc động chiều Hình 1.2: Stator Hình 1.3: Rotor Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý động điện chiều kích từ độc lập Hình 1.5: Đặc tính động điện chiều Hình 1.6: Đặc tính động thay đổi điện trở phụ Rf Hình 1.7: Đặc tính động giảm từ thơng Φ Hình 1.8: Sơ đồ dùng biến đổi điều khiển điện áp phần ứng Hình 1.9: Sơ đồ dùng biến đổi điều khiển điện áp phần ứng Hình 1.10: Đặc tính động thay đổi điện áp phần ứng Uu Hình 1.11: Nguyên lý băm xung chiều (BXMC) Hình 1.12: IGBT (a) Cấu trúc bán dẫn; (b) Cấu trúc tương đương với n-p-n MOSFET Hình 1.13: Ký hiệu IGBT Hình 1.14: Sơ đồ thử nghiệm khố IGBT Hình 1.15: Đồ thị dạng tín hiệu điều khiển mở IGBT Hình 1.16: Đồ thị dạng tín hiệu điều khiển khố IGBT Hình 1.17: Vùng làm việc an tồn van dẫn Hình 1.18: Vùng làm việc an tồn van khóa Hình 1.19: u cầu tín hiệu điều khiển Hình 1.20: Sơ đồ sử dụng IC chuyên dụng HCPL-316J, tích hợp khả bảo vệ chống bão hồ cho IGBT Hình 1.21: Đáp ứng tốc độ, dịng điện, momen Hình 1.22: Băm xung chiều đảo chiều điều khiển đối xứng Hình 1.23: Băm xung chiều đảo chiều điều khiển đối xứng Hình 2.1: Sơ đồ mạch lực băm xung chiều có đảo chiều sử dụng van IGBT Hình 2.2: Thơng số động Hình 2.3: Mạch bảo vệ RC Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển băm xung đảo chiều theo phương pháp điều khiển đối xứng Hình 3.2: Đồ thị khâu Hình 3.3: Sơ đồ tạo xung tam giác hai cực tính Hình 3.4: Đồ thị khâu cưa Hình 3.5: Khâu so sánh Hình 3.6: Tín hiêu xung sau khâu so sánh Hình 3.7: Khâu tạo trễ mở Hình 3.8: Đồ thị khâu tạo trễ mở Hình 4.1: Sơ đồ mơ tồn mạch Hình 4.2: Đồ thị cưa hai cực tính Hình 4.3: Điện áp khâu so sánh Hình 4.4: Tín hiệu van Hình 4.5: Tín hiệu van Hình 4.6: Tín hiệu van Hình 4.7: Tín hiệu van Hình 4.8: Đồ thị điện áp qua tải Hình 4.9: Đồ thị dịng điện qua tải DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thông số Diode 30 Bảng 2.2: Thông số IGBT 31 Bảng 2.3: Bảng liệt kê thiết bị mạch lưc .32 Bảng 3.1: Bảng lựa chọn thiết bị 36 Bảng 3.2: Bản lựa chọn thiết bị 37 Bảng 3.3: Bảng lựa chọn thiết bị 39 CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu chung động chiều kích từ độc lập 1.1.1 Cấu tạo động điện chiều kích từ độc lập Hình 1.1: Cấu trúc động chiều Giống máy điện quay khác gồm phần đứng im (stato) phần quay (rô to) Về chức máy điện chiều chia thành phần cảm (kích từ) phần ứng (phần biến đổi lượng) Khác với máy điện đồng máy điện chiều phần cảm phần tĩnh phần ứng roto Trên hình 1.2 biểu diễn cấu tạo động điện chiều gồm phận 1.1.1.1 Stato Stato máy điện chiều phần cảm, nơi tạo từ thơng máy Stato gồm chi tiết sau: Hình 1.2: Stator Cực từ Một cực từ gồm: Lõi cực làm thép điện kỹ thuật ghép lại, mặt cực có nhiệm vụ làm cho từ thơng dễ qua khe khí Cuộn dây kích từ đặt lõi cực cách điện với thân cực khuôn cuộn dây cách điện Cuộn dây kích từ làm dây đồng có tiết diện trịn, cuộn dây tẩm sơn cách điện nhằm chống thấm nước tăng độ dẫn nhiệt Để tản nhiệt tốt cuộn dây tách thành lớp, đặt cách rãnh làm mát Cực từ phụ Cực từ phụ nằm cực từ chính, thơng thường số cực phụ ½ số cực Lõi thép cực phụ thường bột thép ghép lại, máy có tải thay đổi lõi thép cực phụ ghép thép Cuộn dây đặt lõi thép Khe khí cực từ phụ lớn khe khí cực từ Gơng từ Gơng từ dùng làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại, máy điện lớn thường dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy Cơ cấu chổi than Để đưa dịng điện từ phần quay ngồi Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lị xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ, sau điều chỉnh xong dùng vít cố định lại 1.1.1.2 Rơto Rơto máy điện chiều phần ứng Ngày người ta dùng chủ yếu loại rơto hình trống có ghép lại thép điện kỹ thuật Ở máy công suất lớn người ta cịn làm rãnh làm mát theo bán kính (các thép ghép lại tệp, tệp cách rãnh làm mát) Hình 1.3: Rotor Lõi sắt phần ứng Dùng để dẫn từ, thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dịng điện xốy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào Trong động trung bình trở lên người ta cịn dập lỗ thơng gió để ép lại thành lõi sắt tạo lỗ thơng gió dọc trục Trong động điện lớn lõi sắt thường chia thành đoạn nhỏ, đoạn có để khe hở gọi khe hở thơng gió Khi máy làm việc gió thổi qua khe hở làm nguội dây quấn lõi sắt Trong động điện chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng ép trực tiếp vào trục Trong động điện lớn, trục lõi sắt có đặt giá rơto Dùng giá rơto tiết kiệm thép kỹ thuật điện giảm nhẹ trọng lượng rơto Cổ góp Cuộn dây rơto cuộn dây khép kín, cạnh nối với phiến góp Các phiến góp ghép cách điện với với trục hình thành cổ góp Phiến góp làm đồng, vừa có độ dẫn điện tốt vừa có độ bền học, chống mài mịn (hình 1.3) Thiết bị chổi ... động hóa điều khiển thiết bị công nghiệp Tên đề tài đồ án: Thiết kế băm xung áp chiều nối tiếp, cấp cho phần ứng động chiều kích từ độc lập Các số liệu liệu ban đầu: Nguồn chiều cấp cho băm xung. .. chung động chiều kích từ độc lập .8 1.1.1 Cấu tạo động điện chiều kích từ độc lập 1.1.2 Nguyên lý làm việc động chiều kích từ độc lập 11 1.1.3 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập. .. chiều, qua đồ án môn học này, em phân công làm đề tài: Thiết kế băm xung áp chiều nối tiếp cấp điện cho phần ứng động chiều kích từ độc lập Qua cho em gửi lời cảm ơn tới Nguyễn tận tình dẫn, giúp