Đề tài thiết kế bộ chỉnh lưu hình tia ba pha để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP GVHD : Phạm Thanh Phong SVTH : Tạ Quốc Trưởng LHP : 221DADTCS2003 MSV : 1911505510246 Đà Nẵng, tháng 06 năm 2022 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Khoa Điện-Điện tử -o0o - GVHD: PHẠM THANH PHONG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc -o0o - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Họ tên sinh viên: Tạ Quốc Trưởng Lớp: 220DADTCS2001 GVHD: Phạm Thanh Phong 1.Tên đề tài: Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha để điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ độc lập Các số liệu ban đầu: Nguồn điện lưới xoay chiều pha 220/380V Động điện chiều kích từ độc lập: Pđm= KW; Uđm=220 V; nđm= 1500 vg/ph; ηđm= 0,85; J= 0,16 kgm2 Hệ số dự trữ điện áp: Ku= 1,5 ÷ 1,8 Hệ số dự trữ dịng điện: Ki= 1,1 ÷ 1,4 Nội dung: Chương 1: Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập phương pháp điều chỉnh tôc độ động cơ; phương pháp điều chỉnh tôc độ động cách thay đổi điện áp phần ứng Chương 2: Lý thuyết chỉnh lưu hình tia ba pha Chương 3: Thiết kế tính chọn phần tử mạch động lực Chương 4: Thiết kế tính chọn phần tử mạch điều khiển Chương 5: Mạch bảo vệ kết luận Bản vẽ: (A1) Bản vẽ tổng thể gồm sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều khiẻn bảo vệ Tài liệu tham khảo: Các tài liệu môn học Kiểm tra tiến độ đồ án (Giáo viên HD ký lần SV đến gặp thông qua đồ án) SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG Đà Nẵng, ngày tháng năm 20 Giáo viên hướng dẫn ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: PHẠM THANH PHONG LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, điện tử công suất đóng vai trị quan trọng q trình cơng nghiệp hố đất nước Sử dụng ứng dụng điện tử công suất hệ thống truyền động điện lớn nhỏ gọn phần tử bán dẫn việc dễ dàng tự động hố cho q trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển điện tử công suất đem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm nhiều so với hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động Và để đáp ứng nhu cầu ngày khắc khe cơng nghiệp điện tử công suất phải nghiên cứu, phát triển để giải pháp tối ưu Đặc biệt cách mạng cơng nghệ 4.0 tự động hóa cơng nghiệp có vai trị quan trọng Do nhà máy, phân xưởng cần phải có thiết bị tự động đòi hỏi bền bỉ, độ an tồn, xác cao Đó nhiệm vụ điện tử công suất cần phải giải Trong công nghiệp đại ngày nay, động điện chiều coi loại máy điện quan trọng Mặc dù động điện xoay chiều có tính ưu việt cấu tạo giản đơn, cơng suất lớn… Nhưng khơng thể hồn tồn thay động điện chiều Đặc biệt thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục phạm vi rộng máy cán thép, máy cơng cụ lớn đầu máy điện Vì việc điều khiển động điện chiều cách ổn định, xác nhiệm vụ điện tử cơng suất Ở đồ án này, em xin trình bày phương pháp điều khiển động điện chiều Đó “Thiết kế bợ chỉnh lưu tia ba pha để điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ độc lập” SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: PHẠM THANH PHONG LỜI CẢM ƠN Là sinh viên ngành Tự động hóa, việc trang bị cho kiến thức điện tử công suất điều cần thiết Đồ án môn học điện tử công suất công cụ hữu hiệu để em bổ sung, mở rộng tổng kết kiến thức điện công suất Qua đồ án môn học Điện tử công suất với đề tài: "Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển động điện chiều kích từ độc lập", giúp em hiểu rõ về: động điện chiều, Thyristor, chỉnh lưu hình tia ba pha, khâu điều khiển, vi mạch TCA780, mạch bảo vệ,…cũng cách tính tốn thơng số linh kiện mạch Với hướng dẫn thầy: “Phạm Thanh Phong” em tiến hành nghiên cứu thiết kế đề tài Mặc dù vậy, trình thực đờ án chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Nếu có sai sót kính mong thầy bạn góp ý để em hồn thiện có hội bổ sung vào vốn kiến thức Em xin chân thành cảm ơn!!! SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: PHẠM THANH PHONG LỜI CAM ĐOAN Đề tài sinh viên tự thực dựa vào việc tham khảo số tài liệu không chép tài liệu hay cơng trình có trước Nếu có lận xin chịu trách nhiệm nội dung đồ án Sinh viên thực Tạ Quốc Trưởng SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: PHẠM THANH PHONG MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 LỜI CẢM ƠN .2 LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC .4 DANH MỤC HÌNH ẢNH 10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TÔC ĐỘ ĐỘNG CƠ - PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG 12 1.1 Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập 1.2 Cấu tạo hoạt động máy điện chiều 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động 1.3.1 Điều chỉnh R phần ứng cách mắc điện trở phụ Rf 1.3.2 Thay đổi điện áp phần ứng 1.3.3 Thay đổi từ thông 1.4 Điều chỉnh tốc độ dộng thay đổi điện áp phần ứng CHƯƠNG LÝ THUYẾT VỀ CHỈNH LƯU TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 26 2.1 Tổng quan chỉnh lưu tia ba pha 2.2 Chỉnh lưu không điều khiển 2.2.1 Sơ đồ dạng sóng 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 2.2.3 Thông số 2.3 Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển 2.3.1 Sơ đồ dạng sóng 2.3.2 Hoạt động sơ đồ tải trở 2.3.3 Thông số 2.4 Hoạt động tải điện cảm 2.4.1 Giới thiệu 2.4.2 Thông số 2.5 Chỉnh lưu có điều khiển có diode xả lượng SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: PHẠM THANH PHONG CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC 32 3.1 Sơ đồ mạch động lực 3.2 Nguyên lý hoạt động 3.3 Tính chọn thyristor 3.4 Tính tốn máy biến áp chỉnh lưu 3.4.1 Tính cơng suất biểu kiến máy biến áp 3.4.2 Điện áp pha sơ cấp máy biến áp 3.4.3 Điện áp pha thứ cấp máy biến áp 3.4.4 Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp 3.4.5 Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp 3.5 Tính sơ mạch từ 3.5.1 Tiết diện sơ trụ 3.5.2 Đường kính trụ 3.5.3 Chọn loại thép 3.5.4 Chọn tỷ số 3.6 Tính tốn dây quấn 3.6.1 Số vòng dây pha sơ cấp máy biến áp 3.6.2 Số vòng dây pha thứ cấp máy biến áp 3.6.3 Chọn sơ mật độ dòng điện máy biến áp 3.6.4 Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp 3.6.5 Tính lại mật độ dịng điện cuộn sơ cấp 3.6.6 Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp 3.6.7 Tính lại mật độ dịng điện cuộn sơ cấp 3.7 Kết cấu dây dẫn sơ cấp 3.7.1 Tính sơ số vịng dây lớp cuộn sơ cấp 3.7.2 Tính sơ lớp dây cuộn sơ cấp 3.7.3 Chọn số lớp 3.7.4 Chiều cao thực tế cuộn sơ cấp 3.7.5 Chọn ống dây làm vật liệu cách điện có bề dày 3.7.6 Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp 3.7.7 Đường kính ống cách điện SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG ŚT GVHD: PHẠM THANH PHONG 3.7.8 Đường kính cuộn dây sơ cấp 3.7.9 Chọn bề dày hai lớp dây cuộn sơ cấp 3.7.10 Bề dày cuộn sơ cấp 3.7.11 Đường kính ngồi cuộn sơ cấp 3.7.12 Đường kính trung bình cuộn sơ cấp 3.7.13 Chiều dài dây quấn sơ cấp 3.7.14 Chọn bề dày cách điện sơ cấp thứ cấp 3.8 Kết cấu dây dẫn thứ cấp 3.8.1 Chiều cao thực tế cuộn thứ cấp 3.8.2 Tính sơ số vịng dây lớp cuộn thứ cấp 3.8.3 Tính sơ lớp dây cuộn thứ cấp 3.8.4 Chọn số lớp dây quấn thứ cấp 3.8.5 Chiều cao thực tế cuộn thứ cấp 3.8.6 Đường kính cuộn dây thứ cấp chọn a12 = 1,0 (cm) 3.8.7 Chọn bề dày cách điện lớp dây cuộn thứ cấp 3.8.8 Bề dày cuộn thứ cấp n12 = (lớp) 3.8.9 Đường kính ngồi cuộn dây thứ cấp 3.8.10 Đường kính trung bình cuộn thứ cấp 3.8.11 Chiều dài dây quấn thứ cấp 3.8.12 Đường kính trung bình cuộn dây 3.8.13 Chọn khoảng cách hai cuộn thứ cấp 3.9 Tính kích thước mạch từ 3.9.1 Với đường kính trụ d = cm, ta có số bậc nửa tiết diện trụ 3.9.2 Toàn tiết diện bậc thang trụ 3.9.3 Tiết diện hiệu trụ 3.9.4 Tổng chiều dày bậc thang trụ 3.9.5 Số thép dùng bậc 3.9.6 Tiết diện hiệu gông (khq = 0,95) 3.9.7 Số thép dùng gông SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: PHẠM THANH PHONG 3.9.8 Tính xác mật độ từ cảm trụ 3.9.9 Mật độ tự cảm gông 3.9.10 Chiều rộng cửa sổ 3.9.11 Tính khoảng cách tâm trục 3.9.12 Chiều rộng mạch từ 3.9.13 Chiều cao mạch từ 3.10 Tính khối lượng sắt đồng 3.10.1 Thể tích trụ 3.10.2 Thể tích gơng 3.10.3 Khối lượng trụ 3.10.4 Khối lượng gông 3.10.5 Khối lượng sắt 3.10.6 Thể tích đồng 3.10.7 Khối lượng đồng 3.11 Tính thông số máy biến áp 3.11.1 Điện trở cuộn sơ cấp máy biến áp 75ºC 3.11.2 Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp 75ºC 3.11.3 Điện trở máy biến áp qui đổi thứ cấp 3.11.4 Sụt áp điện trở máy biến áp 3.11.5 Điện kháng máy biến áp quy đổi thứ cấp 3.11.6 Điện cảm máy biến áp qui đổi thứ cấp 3.11.7 Sụt áp điện kháng máy biến áp 3.11.8 Sụt áp máy biến áp 3.11.9 Điện áp trê động có góc mở αmin = 10ºC 3.11.10 Tổng trở ngắn mạch quy qui đổi thứ cấp 3.11.11 Tổn hao ngắn mạch máy biến áp 3.11.12 Tổn hao có tải có kể đến 15% tổn hao phụ 3.11.13 Điện áp ngắn mạch tác dụng 3.11.14 Điện áp ngắn mạch phản kháng SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: PHẠM THANH PHONG 3.11.15 Điện áp ngắn mạch phần trăm 3.11.16 Dòng điện ngắn mạch xác lập 3.11.17 Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại 3.11.18 Kiểm tra máy biến áp thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên dòng điện chuyển mạch 3.11.19 Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu 3.12 Thiết kế cuộn kháng lọc 3.12.1 Xác định góc mở cực tiểu cực đại 3.12.2 Xác định thành phần sóng hài 3.12.3 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc 3.12.4 Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 50 4.1 Xác định yêu cầu 4.1.1 Nguyên tắc điều khiển 4.1.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcos 4.2 Lựa chọn thiết kế mạch điều khiển 4.2.1 Vi mạch TCA 780 4.2.2 Khâu khuếch đại xung 4.3 Phân tích hoạt động mạch điều khiển 4.4 Tính chọn thơng số phần tử mạch điều khiển 4.4.1 Tính chọn phần tử khâu khuếch đại xung 4.4.2 Chọn phần tử bên TCA 780 4.4.3 Tính toán máy biến áp đồng pha 4.4.4 Tính chọn biến áp xung 4.4.5 Sơ đồ hệ thống hoàn chỉnh CHƯƠNG MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN .66 5.1 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực 5.1.1 Giới thiệu 5.1.2 Bảo vệ nhiệt độ cho van bán dẫn 5.1.3 Bảo vệ dòng điện cho van 5.1.4 Bảo vệ điện áp cho van SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG