Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập có đảo chiều theo nguyên tắc điều khiển riêng

Đồ án điện tử công suất ` ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI: Thiết kế nguồn cấp điện cho động điện chiều kích từ đoc lập có đảo chiều theo nguyên tăc điều khiển riêng.Mạch đảm bảo tốc độ trơn có khâu bảo vệ chống kích từ Với số liệu I đm=20 A U kích từ = 50V I kích từ = A Phạm vi điêu chỉnh 30:1 Udm=80 V NHIÊM VỤ : 1)Tìm hiểu cơng nghệ u cầu kỹ thuật thiết bị cần thiết kế 2)Đề xuất phương án tổng thể,phân tích ưu,nhược điểm phương án để đến lựa chon phương án phù hợp thoả mãn yêu cầu kỹ thuật 3)Xây dựng chi tiết tồn sơ đị ngun lý mạch thiết kế (cả mạch lực mạch điều khiển),sau thuyết minh hoạt động sơ đồ với đồ thị minh hoạ 4)Tính tốn mạch lực 5)Tính tốn mạch điều khiển 6)Lập bảng trị số toàn phần tử linh kiện tính tốn phần 7)Kiểm chứng chạy mơ máy tính PC 8)Kết luận 9)Tài liệu tham khảo Trang Đồ án điện tử cơng suất CHƯƠNG I TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP I 1) Giới thiệu chung động điện chiều Ngày nay,động điện chiều coi loại máy điện quan trọng máy điện xoay chiều rát thông dụng động điện chiều có ưu điểm khả điều chinh tốc độ rát tốt.Nó dùngtrong ngành địi hỏi yêu cầu cao mặt điều chinh tốc độ máy cán thép,bào hầm mỏ,giao thông vận tải Mặt dù có số nhược điểm so vói máy điện xoay chiều giá thành cao,bảo quản cổ góp phức tạp (dễ sinh tia lửa điện) ưu điểm mà có tầm quan trọng nhát định sản xuất 2) Cấu tạo Động điện chiều có hai phần Phần tĩnh phần động 2.1)Phần tĩnh (stato) Phần Stato phận đứng yên máy bao gồm cục từ chính,cưc từ phụ (là phận sinh từ trường hay phần cảm) a)Cực từ Là phận sinh từ trường,gồm có lõi sắt cực từ dây qn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ.Lõi thép cực từ làm lõi thép kỹ thuật điện mỏng ,các cuộn kích từ quấn dây đồng boc cách điện tẩm sơn cách điện trước đặt lên cực từ cuộn kích từ nối tiếp với b) Cực từ phụ Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cảI thiện đổi chiều.Lõi thép thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt day quấn mà cấu tạo giống dây quấn cực từ Trang Đồ án điện tử cơng suất c)Gông từ Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền cực từ đồng thời làm vỏ máy d) Nắp máy Bảo vệ máy khỏi bị vật bên rơI vào làm hư hỏng dây quấn an tồn cho người vận hành.Trong động điện làm giá đỡ ổ bi +Cơ cấu chổi than : Để đưa dịng điện từ phàn quay ngồi.Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt 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 2.2) Phần quay hay Roto (phần ứng) Bao gồm phận sau : a)Lõi sắt phần ứng Dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỹ thuậtdày 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 dặt dây quấn vào Trong động trung bình trở lên người ta cịn dập lỗ thơng gió để ép lạ 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 rôto b) Dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng phần phát sinh suất điện động có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có cơng suất vài kw thường dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép c) Cổ góp : Dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành chiều Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có mạ cách điện với lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm hợp thành hình trục trịn Hai đầu trục trịn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp trụ tròn cách Trang Đồ án điện tử công suất điện mica Đi vành góp có cao lên để hàn đầu dây phần tử dây quấn phiến góp dễ dàng d) Các phận khác - Cánh quạt : dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện chiều thường chế tạo theo kiểu bảo vệ hai đầu nắp máy có lỗ thơng gió Cánh quạt lắp trục máy , động quay cánh quạt hút gió từ ngồi vào động Gió qua vành góp, cực từ lõi sắt dây quấn qua quạt gió ngồi làm nguội máy - Trục máy : đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép cacbon tốt 3) Phân loại máy điện Động điện chiều phân loại theo cách kích thích từ thành động điện kích hích độc lập, động điện kích thích song song ,kích thích nối tiếp,kích thích hỗn hợp Trên thực tế đặc tính động kích từ độc lập kích thích song song giống nên cần công suất lớn người ta thường dùng động kích từ độc lập để điều chỉnh dịng điện kích thích thuận tiện mà điều chỉnh tốc độ dễ dàng kinh tế địi hỏi có dịng bên Trong đồ án ta xét đến động điện chiều kích từ độc lập Khi mà nguồn chiều có cơng suất khơng q lớn mạch phần ứng mạch từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập nên gọi động điện chiều kích từ độc lập 4) Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp U vào hai chổi than A,B dây quấn phần ứng sinh dòng điện Iư Các dẫn ab,cd có dịng điện nằm từ trường chịu tác dụng lực Fđt tác dụng làm cho Roto quay ,khi phần ứng quay nửa vịng vị trí dẫn ab,cd đổi chỗ cho phiến góp đổi chiều dịng điện giữ cho chiều tác dụng khơng đổi đảm bảo động có chiều quay không đổi,khi động quay dẫn cắt từ trường cảm ứng sức điện động Eư ,chiều quay xác định theo quy tắc bàn tay trái Phương trình phần ứng Uư =Eư +Rư.Iư Trang Đồ án điện tử công suất II.) ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ VÀ ĐẢO CHIỀU 1) Phương trình đặc tính Uư = Eư +(Rư +Rf)Iư U­ I Uư :điện áp phần ứng Eư :suất điện động phần ứng Rư ,Rf :điện trở phần ứng,điện trở phụ mạch Ikt phần ứng Iư :dòng điện mạch phần ứng Rư =rư +rct +rb +rtc rư :điện trở cuộn dây phần ứng rct :điện trỏ cực từ phụ rb :điện trở cuộn bù rtx :điện trở tiếp xúc chổi điện Eư = Rf E U­ CKT Rkt Ukt P : số cực từ N :số đôI mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng : từ thơng kích từ cực từ Wb : tốc độ góc (Rad/s) Eư = K e Mômen điện từ Mđt =K .Iư Suy Iư = Nếu bỏ qua tổn thất coi mômen điện từ mômen đầu trục Mđt =Mcơ =M (1) Mơmen phụ thuộc vào từ thơng dịng phần ứng Từ phương trình (1) suy : để thay đổi tốc độ động ta dùng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Uư ,từ thông tức thay đổi dịng kích từ Ikt thay đổi điện trở phần ứng Rư ,Rf Trang Đồ án điện tử cơng suất M =K .Iư muốn đảo chiều động tức đảo chiều mômen M ta dùng phương pháp đảo chiều từ thơng (tức đảo chiều dịng kích từ Ikt ) đảo chiều dòng điện phần ứng Iư 2) Các phương pháp thay đổi tốc độ a) Phương pháp thay đổi từ thơng ,thay đổi dịng kích từ Ikt Với phụ tải Mc định Khi giảm tốc độ động tăng lên n nodm dm Iu M(Iu) Khi kích thích dịng khác đặc tính nhận khác độ dốc khác nhau.Giao điểm mômen cản Mư =f(Iư) với đường cho biết tốc độ xác lập ứng với thông số khác từ thông b) Thay đổi điện áp phần ứng -Để điều chỉnh điện áp phần ứng đông điện chiều cần có thiết bị nguồn máy phát điện chiều kích từ độc lập , chỉnh lưu điều khiển thiết bị có chức biến đổi lượng xoay chiều thành chiều có suất điện động Eb điều chỉnh nhờ tín hiệu Uđk LK BB§ -Phương trình đặc tính hệ thống sau: - từ thơng động giữ khơng đổi nên độ cứng đặc tính khơng thay đổi cịn tốc độ khơng tải lý tưởng tuỳ thuộc Trang Đồ án điện tử công suất vào giá trị điện áp Uđk hệ thống nói phương pháp điều chỉnh triệt để - Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta thấy tốc độ lớn hệ thống bị chặn đặc tính đặc tính ứng với điện áp định mức từ thông giữ giá trị định mức Tốc độ nhỏ dải điều chỉnh bị giới hạn yêu cầu sai số tốc độ mômen khởi động , mơmen tải định mức giá trị lớn va nhỏ tốc độ là: Để thoả mãn khả tải đặc tính thấp dải điều chỉnh phải có mơmen ngắn mạch là: Mnmmin = Mcmax = KM.Mđm Trong : KM: hệ số tải mômen, họ đặc tính đường thẳng song song với nên theo định nghĩa độ cứng đặc tính ta viết: * Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc tuyến tính vào  omax max ®k1 0min ®k2 min M®m Mnmmin Trang Đồ án điện tử công suất 3) Vấn đề đảo chiều Chiều quay động phụ thuộc vào chiều quay mơmen dùng hai phương pháp Hoặc thay đổi chiều dòng phần ứng Iư đổi chiều từ thơng (đổi chiều dịng kích từ Ikt) + Nếu dùng phương pháp đảo chiều dòng kích từ Khi máy quay hệ số điện cảm cuộn dây kích thích lớn (do có nhiều vịng dây) nên thay đổi dịng kích thích Ikt xuất suát điện động cảm ứng cao gây điện áp làm đánh thủng cách điện dây quấn kích thích Do để đảo chiều quay động ta chon phương pháp đảo chiều dòng phần ứng Iư Từ phân tích ta chon phương pháp thay đổi tốc độ thay đổi điện áp phần ứng Uư (tức điều khiển Uư ) đảo chiều quay đảo chiều dòng phần ứng Iư 4) Một số yêu cầu kỹ thuật khác a) Độ trơn Trong tốc độ ổn định động đạt cấp i ,i+1 tức hệ truyền động ổn định vị trí tồn dảI điều chỉnh b) Dải điều chỉnh tốc độ Là phạm vi điều chỉnh – tỉ số giá trị lớn giá trị nhỏ tốc độ làm việc ứng với mômen tảI cho bị hạn chế độ bền động độ bền vành góp bị chặn yêu cầu mômen khởi động ,khả tải sai số tốc độ làm việc cho phép c) Chống kích từ Khi mở máy phảI đảm bảo chống kích từ mà nguyên nhân ngắn mạch kích thích Vì Eư =0 nên Iư = Trang Đồ án điện tử công suất U không đổi ,Rư nhỏ (điện trở cuộn dây phần ứng) nên Iư lớn làm cháy dây quấn vành góp + cách khắc phục điều phảI có phận nhận biết kích từ ( Iư =0) ngắt nguồn cấp cho phần ứng tức Uư =0 Khi Iư khơng lớn tránh cố CHƯƠNG II MẠCH LỰC I).Lựa chọn phương án mạch lực Từ yêu cầu toán: Udm= 80V Idm = 20A Ukt = 50V Ikt = 2A Công suất định mức động điện chiều Sdm = UdmIdm = 80.20 = 1600 Công suất kích từ : Sdmkt = Ukt.Ikt=50.2 = 100 W Vì Sdm Sdmkt nhỏ nên ta chọn mạch lực mạch chỉnh lưu pha Ta có phương án đưa cho mạch lực : _ Chỉnh lưu nửa chu kỳ _ Chỉnh lưu chu kỳ với biến áp có trung tính _ Chỉnh lưu pha 1.) Chỉnh lưu nửa chu kỳ T U1 U2 R L Trang Đồ án điện tử cơng suất Với sơ đồ sóng điện áp chiều bị gián đoạn nửa chu kỳ điện áp anốt van bán dẫn âm , sử dụng sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ chất lượng điện áp tải xấu Điện áp tải trung bình lớn tải Udo = 0,45U2 Vì chất lượng điện áp xấu nên hiệu suất máy biến áp thấp Sba = 3,09.Ud.Id +Ưu điểm _ Là loại chỉnh lưu có nguyên lý đơn giản van +Nhược điểm _Chất lượng điện áp xấu _Hiệu suất sử dụng máy biến áp thấp 2.)Chỉnh lưu chu kỳ với biến áp có trung tính T1 U1 U2 U2 R L T2 53210 53210 Trang 10 ... hỏi có dịng bên Trong đồ án ta xét đến động điện chiều kích từ độc lập Khi mà nguồn chiều có cơng suất khơng q lớn mạch phần ứng mạch từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập nên gọi động điện chiều kích. .. án điện tử cơng suất CHƯƠNG I TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP I 1) Giới thiệu chung động điện chiều Ngày nay ,động điện chiều coi loại máy điện quan trọng máy điện xoay chiều. .. máy điện Động điện chiều phân loại theo cách kích thích từ thành động điện kích hích độc lập, động điện kích thích song song ,kích thích nối tiếp ,kích thích hỗn hợp Trên thực tế đặc tính động kích