thiết kế bộ điều khiển chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho động cơ điện một chiều

THIẾT KẾ MÔN HỌC MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ BÀI: Đề số 38 Thiết kế bộ điều khiển chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho động cơ điện một chiều Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế Thiết kế bộ chỉnh lưu có điều khiển Điện áp nguồn: U dm = 3.380V 10%± AC, 50 Hz Động cơ: 10kW, 440V DC, 3000v/ph Giáo viên hướng dẫn : ĐOÀN VĂN TUÂN Sinh viên : LÊ MẠNH LINH Mã sinh viên : 39186 Lớp : ĐTĐ51 - ĐH2 Hải Phòng, năm 2012 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1. Tổng quan về động cơ điện một chiều 1.1.1. Phân loại Động cơ điện một chiều chia làm nhiều loại theo sự bố trí của cuộn kích từ : - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập - Động cơ điện một chiều kích từ song song - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp - Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp 1.1.2. Cấu tạo Động cơ điện một chiều có thể chia làm hai phần chính: Phần tĩnh và phần động - Phần tĩnh ( stato) Đây là phần đứng yên của máy bao gồm các bộ phận chính sau: + Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường chính gồm lõi sắt cực từ và dây quấn cực từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. lõi sắt cực từ được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm được ép lại và tán chặt. trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối. cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulong. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện với nhau tạo thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên các cực từ + Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn và cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ các bulong Gông từ: Gông từ được dùng để ghép nồi tiếp các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động cơ nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ lại sử dụng gang làm vỏ máy. + Các bộ phận khác Bao gồm: • Nắp máy: Dùng để bảo vệ khi các vật xung quanh rơi, va vào gây hư hỏng dây quấn và đảm bảo an toàn cho người khỏi chạm vào điện. trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này, nắp máy thường được làm bằng gang. • Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay bên trong ra ngoài. Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đạt trong hộp chổi nhờ một lò xo tì lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để có thể điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi dùng xong thì dùng vít cố định lại. - Phần quay ( Roto) + Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ. thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện phủ cách điện ở hai mặt rồi ép chặt để giảm tổn hao dòng xoáy gây ra. Trên lõi thép có dập hình dạng rảnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. Trong nhữ động cơ điện trung bình trở lên, người ta thường dập những lỗ thông gió để khi ghép lại có thể tạo thành những lỗ thông gió dọc trục. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường được chia làm những đoạn nhỏ. Giữa những đoạn ấy thường để một khe gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm việc, gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ghép trực tiếp vào trục, trong động cơ lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá roto. Dùng giá rôt để tiết kiệm thép kỹ thuật và giảm trọng lượng cho roto. + Dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ công suất dưới vài kW thì thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện công suất lớn thì dùng dây quấn có tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn được cách điện với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. + Cổ góp Dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một trục tròn. Hai đầu trục hình tròn, dùng 2 tấm ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng được bọc cách điện bằng mica. + Các bộ phận khác • Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thường được chế tạo theo kiểu bảo vệ. ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục máy. Khi động cơ quay, gió được hút từ ngiaif váo trong máy. • Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt. 1.1.3. Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều - Ưu điểm: + Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ + có nhiều phương pháp hãm tốc độ - Nhược điểm: + Tốn nhiều kim loại màu + Chế tạo, bảo quản khó khăn + Giá thành đắt hơn các loại máy điện khác 1.1.4. Sơ đồ nguyên lý 1.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều Truyền động điện được dùng để dẫn động các bộ phận làm việc của các máy sản xuất khác. Thường phải điều chỉnh tốc độ chuyển động của các bộ phận làm việc. Vì vậy điều chỉnh tốc độ động cơ điện là biến đổi tốc độ một cách chủ động, theo yêu cầu đặt ra cho các qui luật chuyển động của bộ phận làm việc mà không phụ thuộc mômen phụ tải trên trục động cơ. Xét riêng về phương diện tốc độ của động cơ điện một chiều là có nhiều ưu điểm hơn với các loại động cơ khác, không những có thể điều chỉnh tốc độ dễ dàng, đa dạng các phương pháp điều chỉnh, cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn. Đồng thời đạt chất lượng điều chỉnh cao, dải điều chỉnh rộng. Thực tế có 2 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều bằng điện áp: + Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ + Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ. Vì vậy cần phải có những bộ biến đổi phù hợp để cung cấp mạch điện phần ứng hoặc mạch kích từ của động cơ. Cho đến nay thường sử dụng những bộ biếnđổi dựa trên các nguyên tắc truyền động sau đây : + Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ) + Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor – động cơ (T – Đ) ( được sử dụng với đồ án này ) ► Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ (T-Đ) Thường được sử dụng bộ chỉnh lưu có thyristor. Tốc độ động cơ thay đổi bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu cấp cho phần ứng động cơ. Để thay đổi điện áp chỉnh lưu, ta chỉ cần sử dụng mạch điều khiển, thay đổi thời điểm thông thyristor. + Ưu điểm của hệ này là tác động nhanh, không gây ồn và dễ tự động hoá. Do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao. Điều đó thuận lợi cho việc thiết lập hệ điều chỉnh nhiều vòng, để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh và các đặc tính của hệ thống. + Nhược điểm của hệ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu của điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ trong máy điện hệ số công suất cosɸ của hệ thống nói chung là còn thấp. tính dẫn điện một chiều của van buộc ta phải sử dụng hai bộ biến đổi để cung cấp điện cho động cơ có đảo chiều quay. 1.3. Các phương pháp chỉnh lưu có đảo chiều • Các bộ chỉnh lưu một chiều dùng cho động cơ một chiều cần quay theo cả hai chiều với chế độ làm việc ở cả 4 góc điều chỉnh. • Tuỳ theo yêu cầu về chất lượng điều chỉnh mà có thể dùng các sơ đồ sau: 1.3.1. Dùng phương pháp đảo chiều bằng đảo dấu điện áp đặt vào phần ứng động cơ nhờ 2 mạch chỉnh lưu. 1.3.2. Dùng phương pháp đảo chiều kích từ. 1.3.3. Đảo chiều phần ứng động cơ bằng công tắc tơ T và N Kt Kt 1.3.4. Đảo chiều kích từ bằng công tắc tơ T và N Chương 3 Tính toán và thiết kế mạch điều khiển 3.1 Yêu cầu đối với mạch điều khiển - Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi Tiristo vì nó đóng vai trò chủ đạo trong việc quyết định chất lượng và độ tin cậy của BBĐ. Yêu cầu của mạch điều khiển có thể tóm tắt trong 6 điểm chính sau: + Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển. + Yêu cầu về độ lớn xung điều khiển. N T T N Kt T N N T + Yêu cầu về độ dốc sườn trước của xung (càng cao thì việc mở càng tốt thông thường 0,1A/μ, dt di DK ≥ ). + Yêu cầu về sự đối xứng của xung trong các kênh điều khiển. + Yêu cầu về độ tin cậy. . Điện trở kênh điều khiển phải nhỏ để Tiristor không tự mở khi dòng rò tăng. .Xung điều khiển ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao động điện áp nguồn. . Cần khử được nhiễu cảm ứng để tránh mở nhầm. + Yêu cầu về lắp ráp vận hành. . Thiết bị thay thế dễ lắp ráp và điều chỉnh. . Dễ lắp lẫn và mỗi khối có khả năng làm việc độc lập. 3.2 Nguyên lý chung của mạch điều khiển. 3.2.1 Nhiệm vụ của mạch điều khiển là tạo ra các xung vào ở những thời điểm mong muốn để mở các van động lực của bộ chỉnh lưu. - Tiristor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dương đặt trên Anốt và có xung áp dương đătj vào cực điều khiển không còn tác dụng gì nữa. - Chức năng của mạch điều khiển : + Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên anốt – katốt của tiristor. + Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở tiristor độ rộng xung t x < 10µs. Biểu thức độ rộng xung: dt di I t dt x = Trong đó: I đt là dòng duy trì của tiristor. di/dt : tốc độ tăng trưởng của dòng tải. Đối tượng cần điều khiển được đặc trưng bởi đại lượng điều khiển là góc α. 3.2.2 Cấu trúc của mạch điều khiển tiristor . U đk là điện áp điều khiển , điện áp một chiều. U r là điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều hoặc biến thể của nó, đồng bộ với điện áp anốt – catốt của tiristor. Hiệu điện áp U đk – U r dưa vào khâu so sánh (1) làm việc như một Trigơ. [...]... mạch điều khiển Theo như trên ta đã tính toán cho mạch lực: Ud=440(v) Id= 68,18 (A) Ơ đây mạch điều khiển sẽ điều khiển điện áp cũng như dòng điện ở mạch lực cho phù hợp với yêu cầu Để tính toán cụ thể cho mạch điều khiển ta điều khiển điện áp mạch lựcđể cung cấp cho động cơ điện một chiều 1.Tính toán khối đồng pha a D10 +E R1 A1 w 2-1 -E R2 D10 +E R3 VR1 b Nguyên lý hoạt động của khối đồng pha: Khi cấp. .. điểu chỉnh dòng điện R i :là bộ điểu chỉnh có chức năng bù các khâu có hằng số thời gian tương đối lớn bằng cách đó giảm cấp cho mạch hở ,các khâu có hằng số thời gian tương đối nhỏ sẽ không được bù Tuỳ theo dạng hàm truyền của hệ khác nhau mà ta có các bộ điểu chỉnh khác nhau + Bộ biến đổi BĐ: đối với các động cơ một chiều bộ biến đổi là bộ chỉnh lưu cầu ba pha cấp cho mạch phần ứng của động cơ Hàm... hệ thống điều chỉnh dòng điện Các hệ thống này có thể là đảo chiều hoặc không đảo chiều -Kết cấu cơ bản của một hệ truyền động đảo chiều quay như hình sau.Để đảo chiều quay trong hệ thống sử dụng hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 nối song song ngược Các máy phát xung FX1 và FX2 phát xung điểu khiển hai bộ biến đổi này Các bộ điểu chỉnh dòng điện R i1và xen xơ dòng điện Si1,Ri2và xen xơ dòng điện Si2 tạo... nhận được một chuỗi xung (sinUs chữ nhật ) Khâu 2 : là đa hài một trạng thái ổn định Khâu 3 : là khâu khuyếch đại xung Khâu 4 : là biến áp xung Tác động vào Uđk có thể điều chỉnh được vị trí xung điều khiển tức là điều khiển góc α 3.2.3 Nguyên tắc điều khiển * Mạch điều khiển tiristor có thể phân loại theo nhiều cách Song các mạch điều khiển đều dựa theo nguyên lý thay đổi góc pha và theo đó ta có hai... một chiều nửa hình sin liên tiếp tại (I) được đưa vào cửa cộng của khâu so sánh OA1 .Điện áp được đưa vào cửa đảo của OA 1 là điện áp một chiều phẳng Uđ có giá trị :Uimin . THIẾT KẾ MÔN HỌC MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ BÀI: Đề số 38 Thiết kế bộ điều khiển chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho động cơ điện một chiều Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế Thiết kế bộ chỉnh. biến đổi để cung cấp điện cho động cơ có đảo chiều quay. 1.3. Các phương pháp chỉnh lưu có đảo chiều • Các bộ chỉnh lưu một chiều dùng cho động cơ một chiều cần quay theo cả hai chiều với chế. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập - Động cơ điện một chiều kích từ song song - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp - Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp 1.1.2. Cấu tạo Động cơ điện