BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÊN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN Xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp xoay chiều một pha chiều khiển động cơ xoay chiều một pha Nghàn[.]
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÊN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN: Xây dựng điều khiển cho biến đổi điều áp xoay chiều pha chiều khiển động xoay chiều pha Nghành đào tạo: Ngành CNKT điều khiển tự động hoá Mã số nghành: 7510303 Họ tên sinh viên: Nguyễn Duy Minh Người hướng dẫn đồ án Ths.Nguyễn Đức Điển Hà Nội – 2023 LỜI NÓI ĐẦU Trong giới hội nhập có nhiều hội khơng thách thức đặt đề đất nước ta phát triển sâu rộng Q trình cơng nghiệp hóa đất nước phải tắt đón dầu để bắt kịp xu phát triển thể giới Trong nghành cơng nghiệp khí nói chung nghành khí tự động nói riêng có vai trị quan trọng nhằm đưa đất nước khỏi sản xuất lạc hậu, thủ công đê tiền sản xuất tự động, nâng cao suất giải phóng sức lao động cho người Với giới phát triển mạnh nhiều lĩnh vực với nhiều thành tựu mà khoa học đạt thúc đầy phát triển công nghiệp đại Song khơng thách thức khó khăn đặt Đứng trước thực tê nên sản xuât đôi ngày đòi hỏi kỹ sư, cán khoa học kỹ thuật phải nghiên cứu đề có kiến thức sâu rộng, tiêp thu nhanh tiên khoa học kỹ thuật đôi công nghệ bặt nhịp nên sản xuât đại Đối với sinh viên việc tiếp xúc với thực tế sản xuất nhiều hạn chế mẽ gặp nhiêu bỡ ngỡ trường Vì đô án môn học điều khiêntự động hội tôt đề sinh viên năm bắt vận dụng kiên thức vào thực tế đồng thời giúp sinh viên sáng tạo, giải vấn đề kỹ thuật trường hợp cụ thể Khả sáng tạo phát triển tư kỹ thuật giải triệt đề nhờ vào kiến thức, hiểu biết sinh viên Với đề tài “ Xây dựng điều khiển cho biến đổi điều áp xoay chiều pha chiều khiển động xoay chiều pha ” khơng nhiệm vụ cịn củng cố kiến thức toàn diện em trước trường Trong trình hồn thành đồ án thiết kế với hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy “ Nguyễn Đức Điển ”, với nỗ thực thành viên nhóm hồn thành đồ án Do kiến thức hạn chế thời gian tìm hiểu có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót Vì em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô giáo để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Hà Nội Ngày 16 tháng năm 2023 Sinh viên thực Nguyễn Duy Minh MỤC LỤC MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan đối tượng nghiên cứu .5 1.1 Tổng quan động xoay chiều pha 1.1.1 Tổng quan nguyên lý 1.1.2 Các phương pháp điều khiển động 1.2 Bộ biến đổi điều áp xoay chiều pha .7 1.1.2 Sơ đồ mạch lực biến đổi 1.2.2 Các phương pháp điều khiển biến đổi .13 Chương 2: Tính tốn, thiết kế mạch lực .15 2.1 Tính tốn thiết kế mạch lực .15 2.1.1 Tính tốn thiết kế sơ đồ mạch lực 15 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ỨNG DỤNG Đề số 6: Xây dựng điều khiển cho biến đổi điều áp xoay chiều pha điều khiển động xoay chiều pha Thông số động pha Chương 1: Tổng quan đối tượng nghiên cứu 1.1 Tổng quan động xoay chiều pha Động điện xoay chiều pha sử dụng nhiều dân dụng quạt điện, mô tơ bơm nước, loại đồ điện gia dụng Hôm xin chia sẻ đến bạn định nghĩa động điện xoay chiều pha gì, cấu tạo nguyên lý hoạt động sao, công dụng động điện xoay chiều pha Động điện xoay chiều pha gì? Động điện xoay chiều pha loại động thường có cơng suất nhỏ khơng q vài kW trở xuống sử dụng điện xoay chiều pha, dùng phổ biến sản xuất nhỏ (máy dụng cụ cầm tay) đời sống (các loại quạt điện, đồ điện gia dụng), máy có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ nên cần sử dụng nguồn điện có hai dây Thường có số loại như: Động điện khơng đồng pha có vịng ngắn mạch (công suất 150w) Động không đồng phat dùng tụ điện có vịng dây chập ngược Các kiểu động dùng rơto lồng sóc để chạy máy gia dụng Động điện vạn năng: stato rôto có dây quấn Cấu tạo Động điện vạn chạy điện pha có cấu tạo tương tự động điện chiều kích từ nối tiếp Phần tĩnh (stato): có cực từ thép Silic ghép lại (khác với máy điện chiều nhỏ dùng thép đúc) để giảm nhỏ tổn hao sắt cho máy khỏi nóng Thường có hai cực lồi (giống quạt điện vòng chập) để quấn hai cuộn dây kích từ Trên mặc cực khơng có vịng chập mạch quạt điện xoay chiều, số vòng dây quấn máy điện chiều Phần quay (rơto): có cổ góp điện lõi dẫn từ thép Silic dập rãnh để quấn dây dẫn cổ góp điện chổi than máy điện chiều (hình 2-1a) (Hình 2-1 : Động điện vạn năng; a: Cấu tạo; b: Sơ đồ nối dây) 1.1.1 Tổng quan nguyên lý Nguyên lý làm việc Nguyên lý làm việc động điện vạn tương tự máy điện chiều kích từ nối tiếp Từ trường cực từ φc tác dụng với dòng điện cuộnc tác dụng với dòng điện cuộn dây phần ứng Iư tạo thành mơmen quay Vì mạch điện vào động qua rơto stato nối tiếp nhau, coi φc tác dụng với dòng điện cuộn c Iư pha mô men chúng sinh có chiều tác dụng khơng đổi làm cho động quay 1.1.2 Các phương pháp điều khiển động Điều chỉnh R phần ứng cách mắc nối tiếp điện trở R* Khi mắc nối tiếp điện trả phụ R" vào phản ứng từ công thức ta thấy tốc độ quay đồng điện chiều tăng lên, mắc thêm Ra to lên, khơng kinh tế = Phương pháp sử dụng Điều chỉnh từ thông Khi từ thống giảm thị tốc độ quay động chiều tăng lên phạm vi giới hạn Nhưng từ thơng thay đổi Momen, dịng điện nên khó tính tốn xác dòng động Momen tài, → Phương pháp sử dụng Điều khiển điện áp phần ứng Thực tế có phương pháp điều khiển động điện chiều điện áp: - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phản ứng động Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động Khi điện áp Vụ cấp vào phản ứng tăng tốc độ quay động điện chiều tăng theo, phương pháp điều khiển triệt để sử dụng phổ tiến để điều khiển tốc độ động D6 1.2 Bộ biến đổi điều áp xoay chiều pha 1.1.2 Sơ đồ mạch lực biến đổi Bộ biến đổi điện áp xoay chiều pha Trường hợp tải trở R Sơ đồ mạch điện Nguồn xoay chiều có biểu thức: vs = 220sin100πt nối tiếp với tảit nối tiếp với tải R thông qua biến đổi điện áp Bộ biến đổi điện áp xoay chiều pha gồm hai thyristor mắc song song ngược chiều với Trong trường hợp cơng suất nhỏ thay triac Nguyên lý hoạt động Ở bán kỳ dương: T2 bị phân cực ngược dẫn điện nên xét với SCR T1 Xét khoảng từ – α: chưa xuất xung kích nên SCR T1 khơng dẫn điện Do đó, dịng điện chạy qua tải điện áp tải khoảng không: it = 0, vt = Tại thời điểm xuất xung kích đưa vào cực điều khiển T1 T1 bắt đầu dẫn điện Dịng điện chạy qua tải theo chiều từ nguồn → T1 → R → nguồn Điện áp tải lúc với điện áp nguồn: vt = vs Cuối bán kỳ dương dòng điện áp hai đầu thyristor D1 chuyển sang điện áp ngược nên D1 ngưng dẫn Ở bán kỳ âm: T1 bị phân cực ngược dẫn điện nên xét với SCR T2 Tương tự bán kỳ dương, khoảng từ πt nối tiếp với tải → (πt nối tiếp với tải + α) chưa có xung kích nên T2 khơng dẫn điện Điện áp tải dòng chạy qua tải khơng Khi có xung kích vào cổng G T2 SCR T2 dẫn điện, lúc điện áp tải với điện áp nguồn vt = vs < 0, dòng qua tải ngược chiều so với dòng điện chạy qua tải bán kỳ dương Cuối bán kỳ âm điện áp nguồn chuyển từ âm sang dương Chu kỳ lặp lại Dạng sóng Điện áp tải (Vt) dịng điện chạy qua tải (It) Điện áp linh kiện (VT) dòng điện chạy qua linh kiện (IT) Trường hợp tải R + L Sơ đồ mạch điện 10 Nguyên lý hoạt động Ta xét hai trường hợp với góc tới hạn φc tác dụng với dịng điện cuộn = arctg(ωL/R) Đây L/R) Đây góc điều khiển mà dịng điện tải ranh giới chế độ dòng điện gián đoạn liên tục a Trường hợp góc kích < α < φ: dịng tải liên tục Điện áp tải khơng điều khiển được, biến đổi hoạt động công tắc trạng thái ln đóng Trị hiệu dụng điện áp tải trị hiệu dụng áp nguồn (Vt = V) 11 b Trường hợp góc kích α > φc tác dụng với dòng điện cuộn: dòng điện tải bị gián đoạn Trị hiệu dụng điện áp tải thay đổi khoảng ≤ Vt ≤ V (với V trị hiệu dụng điện áp nguồn xoay chiều) Kết luận 12 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều đặt nguồn điện xoay chiều (có trị hiệu dụng điện áp khơng đổi) tải làm nhiệm vụ điều chỉnh trị hiệu dụng điện áp xoay chiều cấp cho tải So với phương pháp thay đổi điện áp dùng máy biến áp, phương pháp có ưu điểm là: Kích thước, giá thành thiết bị biến đổi nhỏ cho phép điều chỉnh điện áp liên tục (vô cấp) Nhưng lại có nhược điểm chất lượng điện áp khơng tốt, có chứa nhiều sóng hài, muốn khắc phục phải có thêm lọc xoay chiều 1.2.2 Các phương pháp điều khiển biến đổi ĐIỀU KHIỂN PHA Với phương pháp điều khiển pha thơng thường, xung kích đóng đưa vào cổng điều khiển vị trí trễ góc α vị trí xuất áp khóa linh kiện Điện áp ng ổn xoay chiều đóng vai trò điện áp chuyển mạch tác dụng giảm dòng điện vua linh kiện ngắt Điện áp ngõ chứa thành phần hài có tần số tần số áp nguồn thành phần bậc cao khác Độ lớn sóng hài phụ thuộc vào góc điều khiển cấu hình mạch cơng suất Trường hợp điều khiển pha với giá trình chuyển sách cưỡng điều khiển vị trí kích đóng dịng điện đồng thời điều khiển vị trí ngắt dịng điện tải Cấu hình mạch phải chửa chuyển mạch linh kiện tự chuyển mạch Với phương pháp này, điện áp ngõ có dạng đối xứng Nếu nửa chu kỳ áp nguồn, ta thực điều rộng xung, hệ số biến dạng phổ hài bậc cao hạn chế nhiều ĐIỀU KHIỂN TỈ LỆ THỜI GIAN Thực cách cho xung kích đóng linh kiện liên tục thời gian số nguyên lần chu kỳ (m) điện áp nguồn sau ngắt (khố) xung kích liên tục số nguyên lần chu kỳ (n) Phương pháp khơng sử dụng tơi có số thời gian đáp ứng tương đương với chu kỳ áp nguồn xoay chiều, ví dụ khơng thể dùng để điều khiển độ sáng bóng đèn dây tóc, khơng dùng để điều khiển vận tốc động có moment qn tính nhỏ 13 Phương pháp điều khiển t lệ thời gian với thời điểm kích đóng điểm áp nguồn (zero voltage switching ) ứng dụng để điều khiển điện trở, lị hồ quang điện, nướng gia đình ảnh hưởng lên lưới điện, đồng thời hạn chế tổn hao phát sinh chế độ đóng ngắt linh kiện tạo nên Bộ biến đổi làm việc cơng tác xoay chiều đóng mở tuần hồn Hình H3,14a điện áp đồng điện tải ta áp dụng phương pháp điều khiển với tải chứa điện trở R Từ hình H3,14a, ta suy trị hiệu dụng điện áp tải là: U t =U √ tt Trên hình H3,14b trình đại lượng cho trường hợp T tải RL Phương pháp điều khiển nêu phù hợp cho nguồn cung cấp lượng cho thiết bị tiêu thụ nhiệt điện, không nên dùng chúng làm nguồn lượng cho đèn chiếu sáng động điện 14 1.3 Đặt tốn Chương 2: Tính tốn, thiết kế mạch lực 2.1 Tính tốn thiết kế mạch lực 2.1.1 Tính tốn thiết kế sơ đồ mạch lực 15